Практикум по органической химии

Растворимость ацетанилида в воде гораздо меньше, чем в спирте. Добавление воды к спиртовому раствору понижает растворимость ацетанилида, чем достигается насыщенность горячего раствора, при охлаждении которого наблюдается образование обильного кристаллического осадка. Т.пл.=1140С.

I.4.3 ВОЗГОНКА

Возгонкой (сублимация) называется процесс испарения твердого вещества с последующей конденсацией его паров непосредственно в твердое вещество, минуя жидкую фазу. Возгонку применяют для очистки тех органических веществ, кристаллизация которых затруднена.

Для возгонки небольшого количества вещества при атмосферном давлении его помещают в фарфоровую чашку и накрывают кружочком фильтровальной бумаги с мелкими отверстиями, проделанными иглой. Сверху помещают опрокинутую стеклянную воронку, носик которой плотно закрывают ватным тампоном (рис. 1.28). Чашку осторожно нагревают. Пары возгоняющегося вещества проходят через отверстия на фильтре и конденсируются на внутренних стенках воронки. Перегородка защищает кристаллы чистого вещества от падения в зону нагрева.



Рис. 1.28. Приборы для возгонки: а) при атмосферном давлении, б) в вакууме

Скорость возгонки обратно пропорциональна внешнему давлению. Для увеличения скорости процесса можно повышать температуру, пропускать над веществом слабый ток воздуха или понижать давление. Проведение возгонки под вакуумом позволяет также понизить температуру, что очень важно в случае разлагающихся веществ. Как и при любом испарении, скорость возгонки пропорциональна площади испаряемой поверхности, поэтому вещество перед возгонкой необходимо тщательно измельчить и не допускать его плавления.

Недостатками возгонки являются относительно большая длительность процесса и ограниченность применения. Однако данный метод чистки выгодно отличается от перекристаллизации отсутствием контакта вещества с растворителем и высоким конечным выходом.

ПРАКТИКУМ

Опыт 3. ОЧИСТКА НАФТАЛИНА И АНТРАХИНОНА МЕТОДОМ СУБЛИМАЦИИ

Р е а к т и в ы: нафталин, антрахинон

В фарфоровую чашку помещают нафталин (антрахинон), собирают систему для возгонки. После сублимации наблюдают выпадение кристаллов очищенного нафталина (антрахинона) на фильтровальной бумаге. Т.пл.=80,30С.

I.4.4 ПЕРЕГОНКА

Перегонка - это процесс разделения многокомпонентных жидких смесей на отдельные, отличающиеся по составу фракции. С помощью перегонки осуществляют очистку и разделение летучих веществ, как правило, жидкостей. Перегонка применима лишь тогда, когда перегоняемое вещество устойчиво при температуре кипения.

В зависимости от условий проведения процесса различают простую, фракционную перегонку, перегонку с водяным паром и под вакуумом.

Простая перегонка эффективна в тех случаях, когда температуры кипения входящих в состав смеси веществ существенно различаются (не менее чем на 800С). Типичный прибор для простой перегонки при атмосферном давлении состоит из круглодонной длинногорлой колбы с отводом (колба Вюрца), прямого холодильника, аллонжа и колбы-приемника (рис.1.29).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.29. Прибор для простой перегонки жидких веществ:

1) горелка Бунзена, 2) кольцо с зажимом и асбестовой сеткой, 3) перегонная колба (колба Вюрца), 4) лапка с зажимом, 5) термометр, 6) штативы, 7) холодильник Либиха, 8) аллонж, 9) приемная колба

В горло колбы Вюрца вставляют термометр таким образом, чтобы ртутный шарик термометра находился на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки колбы Вюрца. В зависимости от температуры кипения жидкости используют водяной (до 110-1200С) или воздушный (выше 1200С) холодильники.

Жидкость, подлежащую перегонке, вносят в колбу Вюрца через воронку, носик которой должен быть ниже отвода колбы Вюрца. При этом перегонную колбу заполняют не более чем на 2/3 объема. Чтобы не возникло перегрева и жидкость кипела равномерно, в перегонную колбу вносят так называемые «кипятильники» - небольшие кусочки неглазурованной тарелки или капилляры, опущенные открытым концом вниз.

Выбор нагревательного прибора зависит от температуры кипения перегоняемой жидкости, ее горючести и взрывоопасности. Для равномерного нагревания лучше всего помещать перегонную колбу в соответствующую баню. Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы в течении секунды в приемник стекало не более двух капель перегонной жидкости (дистиллята). Перегонку нельзя проводить досуха, В колбе всегда должно оставаться не менее 2-3 мл жидкости.

В течение всей перегонки индивидуального вещества температура паров должна оставаться постоянной. Если в ходе перегонки температура поднимается, значит, перегоняется смесь веществ. В начальный момент перегонки температура обычно бывает ниже ожидаемой. Это может быть связано либо с инерцией ртутного термометра, либо с тем, что в первый момент отгоняются более летучие примеси. Поэтому первые порции дистиллята (до достижения постоянной температуры перегонки) собирают отдельно и выбрасывают. После того, как температура установилась, собирают основную фракцию вещества. Как только температура вновь начинает возрастать, приемник меняют для сбора другой фракции.

Температура кипения вещества зависит от давления. Если перегонку вести при остаточном давлении, то температура кипения перегоняемого вещества будет отличаться от справочной. В связи с этим нужно всегда фиксировать величину атмосферного давления, при котором производят перегонку.

Фракционная перегонка служит для разделения смешивающихся жидкостей, кипящих при различной температуре.

Фракционную перегонку проводят в приборе, принципиально одинаковом с прибором для простой перегонки, но снабженном дефлегматором (рис. 1.30).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.30. Прибор для фракционной перегонки:

1) перегонная колба, 2) дефлегматор, 3) термометр, 4) холодильник, 5) аллонж с хлоркальциевой трубкой, 6) приемник

Получаемый конденсат паров собирают в виде нескольких фракций. Чем больше число фракций, тем эффективнее окажется разделение. В каждой из полученных фракций содержится смесь веществ, но первые фракции обогащены более летучим компонентом, а последние - менее летучим.

Для повышения эффективности разделения смеси и, следовательно, уменьшения числа повторных перегонок, используют дефлегматоры. Сущность действия дефлегматора состоит в том, что при прохождении по нему паров происходит их охлаждение на стенках дефлегматора м частичная конденсация, в первую очередь более высококипящего компонента. Конденсирующие пары в виде жидкости (флегмы) стекают обратно в перегонную колбу (отсюда и возникло название дефлегматора). Процесс повторяется многократно и это обеспечивает высокую эффективность разделения.

Для исключения контакта перегнанного вещества с влагой воздуха служит аллонж с тубусом (отводной трубкой). Аллонж герметично соединен с колбой-приемником, а тубус - с хлоркальциевой трубкой. Хлоркальциевые трубки предотвращают попадание паров влаги во внутреннее пространство прибора, обеспечивая при этом сообщение с атмосферой.

Перегонка с водяным паром основана на том, что высококипящие не смешивающиеся или мало смешивающиеся с водой вещества при пропускании через них водяного пара улетучиваются и вместе конденсируются в холодильнике. Собранный в приемник дистиллят в виде двух слоев несмешивающихся жидкостей разделяют затем в делительной воронке. С помощью перегонки с водяным паром удается перегнать при температуре 1000С вещества, кипящие существенно выше (табл. 1.4).

Таблица 1.4.

Некоторые вещества, перегоняемые с водяным паром

Вещество	Т.кип., 0С	Содержание вещества в дистилляте, %
	Чистое вещество	Смесь вещества с водяным паром
Фенол	182,0	98,6	20,6
Анилин	184,4	98,5	23,1
о-Крезол	190,1	98,8	19,3
Нитробензол	210,9	99,3	15,3
Нафталин	218,2	99,3	14,4
Бромбензол	156,2	95,5	61.0

С водяным паром можно перегонять органические вещества, которые практически не смешиваются с водой или ограниченно смешиваются с нею при температуре кипения, но химически не взаимодействуют.

Перегонку с водяным паром проводят в приборе, состоящем из парообразователя, перегонной колбы, холодильника и приемника (рис. 1.31).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.31. Прибор для перегонки с водяным паром:

1) парообразователь, 2) перегонная колба, 3) холодильник, 4) аллонж, 5) приемник

Парообразователь представляет собой металлический сосуд, снабженный водомерным стеклом и предохранительной трубкой. Трубка должна доходить почти до дна и служит для выравнивания давления. Перегонку начинают с того, что воду в парообразователе доводят до кипения и, перекрыв зажим на тройнике, направляют струю пара в перегонную колбу. Пар проходит через перегоняемую смесь и, увлекая за собой перегоняемый компонент смеси, поступает в холодильник и далее в виде конденсата в приемник. Обычно перегонную колбу также нагревают, чтобы в ней не конденсировался водяной пар. Перегонку ведут до тех пор, пока дистиллят не перестанет разделяться на две фазы. Когда будет перегоняться только вода, открывают зажим на тройнике и лишь после этого прекращают нагревание парообразователя.

Очистка органических веществ путем перегонки с паром часто дает лучшие результаты, чем обычная перегонка. Особенно она эффективна в тех случаях, когда очистке подлежит продукт, сильно загрязненный смолистыми веществами.

Когда для снижения опасности разложения перегоняемого вещества необходимо понизить температуру кипения, целесообразно проводить перегонку в вакууме. Для приблизительной оценки температуры кипения вещества в вакууме руководствуются следующим правилом: при уменьшении внешнего давления вдвое температура кипения вещества понижается на 15-200С.

Прибор для перегонки в вакууме (рис. 1.32) отличается от прибора для простой перегонки тем, что в качестве перегонной колбы используется колба с насадкой Кляйзена, снабженная капилляром с очень маленьким внутренним диаметром. Через этот капилляр в вакуумированную систему тонкой струйкой, пробулькивая через жидкость в перегонной колбе, поступает воздух, и таким образом капилляр выполняет ту же роль, что и кипятильники при простой перегонке. Капилляр должен доходить практически до самого дна колбы. Сверху на него надевают кусок резинового вакуумного шланга со вставленной тонкой проволочкой, снабженный винтовым зажимом Гофмана для тонкой регулировки скорости прохождения через него пузырьков воздуха.

Отбор фракций при фракционной вакуумной перегонке производят с помощью специальных аллонжей различных конструкций, называемых «пауками». «Паук» позволяет менять приемник, не отключая систему от вакуума. В систему для вакуумной перегонки обязательно входят предохранительная склянка и манометр. Если собирается прибор на шлифах, все они должны быть предварительно смазаны вакуумной смазкой. Перегоняемое вещество помещают в колбу Кляйзена, соединяют систему с вакуумом и проверяют герметичность системы с помощью манометра.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.32. Прибор для перегонки в вакууме:

1) перегонная колба, 2) капилляр, 3) термометр, 4) холодильник, 5) аллонж («паук»), 7) предохранительная склянка, 8) манометр

По достижении нужного вакуума начинают нагревание колбы. В ходе перегонки необходимо следить за температурой и давлением. По окончании перегонки сначала удаляют источник нагрева, колбе дают немного охладиться и лишь после этого медленно соединяют прибор с атмосферой. Для этого сначала полностью открывают зажим Гофмана на капилляре, затем открывают трехходовой кран и только тогда выключают насос. Осторожно открывая кран манометра, медленно впускают в него воздух.

ПРАКТИКУМ

Опыт 4. ПРОСТАЯ ПЕРЕГОНКА ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: ацетон, хлороформ, дихлорэтан, бензол

Собирают прибор для простой перегонки (рис.1.29) и проводят перегонку одну из ниже приведенных жидкостей: ацетон (560С), хлороформ (610С), дихлорэтан (83,70С), бензол (800С).

Опыт 5. ФРАКЦИОННАЯ ПЕРЕГОНКА ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: смеси анилин-хлороформ, хлороформ-ксилол, бензол-ксилол

Собирают прибор для фракционной перегонки (рис.1.30) и проводят перегонку одной из нижеприведенных смесей: смеси анилин (1840С)-хлороформ (610С), хлороформ (610С)-м-ксилол (1390С), бензол (800С)-м-ксилол (1390С).

Опыт 6. ПЕРЕГОНКА ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Р е а к т и в ы: анилин

Собирают прибор для перегонки с водяным паром (рис.1.31) и проводят перегонку анилина. Анилин отделяют от воды с помощью делительной воронки, сушат над хлористым кальцием, сливают с хлористого кальция в сухую склянку и перегоняют методом простой перегонки.

I.5 Важнейшие физические константы

Каждое органическое вещество характеризуется постоянными физическими свойствами в определенных условиях (температура и давление).

В химической литературе чаще всего приводятся следующие физические свойства: температура плавления (Т.пл.), температура кипения (Т.кип.), показатель преломления, удельное вращение, плотность, вязкость, УФ-, ИК-, ПМР-спектры.

Определив важнейшие физические константы неизвестного соединения и сравнив их с литературными данными, можно идентифицировать неизвестное вещество (установить структуру) и доказать его чистоту.

I.5.1 ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ

Термином «температура плавления» обозначают диапозон температур, в котором происходит превращение твердого вещества в жидкое. Начальная температура плавления - та температура, при которой появляется первая жидкая капля. Конечная температура плавления - та, при которой все твердое вещество переходит в жидкое. Разность между конечной и начальной температурой плавления должна быть не более 10С. Для чистых органических веществ температура плавления должна быть четкой.

Для определения температуры плавления небольшое количество исследуемого вещества растирают в ступке и помещают в капилляр, запаянный с одного конца, постукивая открытым концом, набирают в него немного вещества и бросают запаянным концом вниз в длинную стеклянную трубку, вертикально стоящую на жесткой поверхности, для перевода вещества к запаянному концу. Капилляр, наполненный веществом, прикрепляют с помощью резинового кольца к термометру таким образом, чтобы вещество находилось на уровне середины шарика термометра. Термометр с одним или несколькими капиллярами укрепляют в чистой сухой пробирке с помощью пробки, имеющей вырез напротив шкалы термометра (рис. 1.33). Он не должен соприкасаться со стенками пробирки, а его резервуар должен находиться выше дна пробирки на 0,5-1 см.

Рис. 1.33. Прибор для определения температуры плавления:

1) круглодонная колба, 2) капилляр с веществом, 3) пробирка, 4) отростки для удерживания пробирки, 5) отверстие, 6) пробка с термометром

Пробирку с термометром укрепляют вертикально в лапке штатива и подводят под нее на кольце с сеткой стакан (колбу) с вазелиновым маслом. Уровень жидкости должен быть выше резервуара термометра, а пробирка должна находиться на расстоянии не меньше чем 0,5-1 см от дна стакана (колбы). Собранный прибор медленно нагревают, внимательно следя за повышением температуры и состоянием вещества в капилляре. Наблюдая за веществом в капилляре, отмечают и записывают изменение окраски, разложение, слипание, спекание и т.п. Когда столбик вещества начинает заметно сжиматься и «мокнуть», нагревание прекращают. Началом плавления считают появление первой капли в капилляре, а окончанием - исчезновение последних кристаллов.

Некоторые органические вещества не имеют характерной точки перехода из твердого состояния в жидкое и при быстром и сильном нагревании обугливаются, улетучиваются. К числу таких веществ относится ацетилсалициловая кислота (аспирин), температура плавления которой определяется по иному. Наполняют капилляр, как обычно, растертым порошком исследуемого вещества, прикрепляют к термометру, но в прибор помещают термометр без вещества. Когда температура достигнет 123-1250С. вносят в прибор термометр с капилляром и продолжают, как обычно, определение температуры плавления.

ПРАКТИКУМ

Опыт 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: салол, нафталин, ацетанилид, бензойная кислота, аспирин

Собирается прибор для определения температуры плавления (рис.1.33.) и определяют температуру плавления следующих веществ: салол (420С), нафталин (80,30С), ацетанилид (1140С), бензойная кислота (1220С), аспирин (1350С). Полученные данные сравнивают со справочными данными.

I.5.2 ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ

Температура кипения - это температура, при которой происходит переход вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Температуру кипения исследуемого вещества можно определить двумя способами: 1) путем его перегонки, 2) микрометодом по Сиволобову.

Для выполнения первого способа определения температуры кипения собирают прибор для простой перегонки (рис. 1.30) и проводят перегонку исследуемого вещества. При попадании в приемник первой капли отгона отмечают температуру и условно считают ее температурой начала кипения. Чистое вещество перегоняется практически полностью в пределах 1-20С. Следует помнить, что для соединений с Т.кип.<1500С используют водяной холодильник, при Т.кип.>1500С водяной холодильник заменяют воздушным (стеклянная трубка такой же длины).

Для определения температуры кипения малого количества жидкости используют микрометод Сиволобова. Каплю жидкости помещают в запаянную с одного конца тонкостенную стеклянную трубку диаметром 2,5-3 мм. В нее открытым концом опускают капилляр, который в верхней части на расстоянии 1 см от открытого конца запаян. Прикрепляют трубку к термометру (рис. 1.34) и нагревают в приборе для определения температуры плавления.

Рис. 1.34. Прибор Сиволобова

Как только исследуемая жидкость в капилляре нагреется до температуры, чуть выше температуры ее кипения, из капилляра непрерывно начнут выходить пузырьки. Для точного установления температуры кипения дальнейшее нагревание прекращают и отмечают ту температуру, при которой прекратится выделение пузырьков.

ПРАКТИКУМ

Опыт 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Р е а к т и в ы: хлороформ, дихлорэтан

Определяют температуру кипения хлороформа, дихлорэтана методом простой перегонки и микрометодом Сиволобова.

МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Существует два основных метода установления строения органических соединений. Если исследуемое вещество ранее изучено, то для доказательства его структуры определяют физические константы и спектральные характеристики, которые сравнивают с литературными данными. Если же органическое соединение получено впервые, сначала его подвергают качественному и количественному элементному анализу, а затем определяют молекулярную массу.

На основании молекулярной массы и данных элементного анализа устанавливают молекулярную формулу вещества. Определяют структуру углеродного скелета, природу и положение атомов в пространстве. Для этих целей используют химические и физические методы. На основании полученных данных выводят структурную или стереохимическую формулу.

II.1 КАЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Качественный элементный анализ - это совокупность методов, позволяющих установить, из каких элементов состоит органическое соединение. Для определения элементного состава органическое вещество подвергают разрушению, переводят в простое неорганическое путем полного сжигания, окисления или минерализации (сплавлением со щелочными металлами), которое затем исследуют аналитическими методами.

ПРАКТИКУМ

Опыт 9. ОБНАРУЖЕНИЕ УГЛЕРОДА

Р е а к т и в ы: сахароза, хлорид натрия, концентрированная серная кислота

На кончик скальпеля или металлического шпателя помещают несколько кристалликов сахарозы (или любое другое органическое вещество) и осторожно нагревают в пламени горелки. Сахароза расплавляется, темнеет, обугливается и полностью сгорает. Для сравнения подобный опыт проводится с хлористым натрием. Хлористый натрий, внесенный на кончике скальпеля в пламя горелки, даже при длительном нагревании не претерпевает никаких изменений.

Небольшое количество тонкорастертого порошка сахарозы помещают в фарфоровую чашку и добавляют несколько капель концентрированной серной кислоты - происходит потемнение белого порошка, обугливание.

Данные опыты подтверждают, что сахароза содержит углерод, то есть является органическим веществом, легко изменяющимся при нагревании и под действием концентрированной серной кислоты.

Опыт 10. ОБНАРУЖЕНИЕ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА

Р е а к т и в ы: глюкоза, оксид меди (II), безводный сульфат меди (II), баритова вода

Метод основан на реакции окисления органического вещества порошком оксида меди (II). В результате окисления углерод, входящий в состав анализируемого вещества, образует углекислый газ, а водород - воду. Качественно углерод определяют по образованию белого осадка карбоната бария при взаимодействии углекислого газа с баритовой водой. Водород обнаруживают по образованию кристаллогидрата СuSO4 . 5H2O синего цвета.

В пробирку помещают порошок оксида меди (II) на высоту 10 мм, добавляют равное количество органического вещества и тщательно перемешивают. В верхнюю часть пробирки помещают небольшой комочек ваты, на который тонким слоем насыпают белый порошок безводного сульфата меди (II). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой так, чтобы один её конец почти касался ваты, а второй - погружают во вторую пробирку с 1 мл баритовой воды. Осторожно нагревают в пламени горелки сначала верхний слой смеси вещества с оксидом меди (II), затем - нижний. При наличии углерода наблюдают помутнение баритовой воды, обусловленное образованием осадка карбоната бария. После появления осадка пробирку 3 удаляют, а пробирку 1 продолжают нагревать до тех пор, пока пары воды не достигнут безводного сульфата меди (II). В присутствии воды наблюдают изменение окраски кристаллов сульфата меди (II) вследствие образования кристаллогидрата СuSO4 . 5H2O.

С6Н12О6 + СuО Сu + СО2 + H2O

СuSO4 + Н2O СuSO4. 5Н2O

Ва(ОН)2 + СО2 ВаСО3 + H2O

Опыт 11. ОБНАРУЖЕНИЕ ГАЛОГЕНОВ

А. Реакция Бейльштейна

Р е а к т и в ы: хлороформ, медная проволка

Метод обнаружения галогенов (хлор, бром, йод) в органических соединениях основан на способности оксида меди (II) при высокой температуре разлагать галогеносодержащие органические соединения с образованием галогенидов меди (II):

RHal + CuO CuHal2 + CO2 + H2O

Медную проволочку предварительно очищают: смачивают в соляной кислоте и прокаливают в пламени горелки до исчезновения окрашивания пламени. Медь при этом покрывается черным налетом окиси. После охлаждения проволочки небольшое количество испытуемого вещества помещают на кончик проволочки, свернутый в виде петли, и вносят в пламя горелки. При наличии галогена пламя окрашивается в красивый зеленый цвет.

Б. Метод А.В.Степанова

Р е а к т и в ы: хлороформ, этиловый спирт, металлический натрий,

1% раствор нитрата серебра

Метод основан на переводе ковалентносвязанного галогена в составе органического соединения в ионное состояние действием металлического натрия в спиртовом растворе.

В пробирку помещают 4 капли хлороформа, 2-3 мл этанола и кусочек металлического натрия (2х2 мм). Реакционная смесь начинает бурно “кипеть” (выделение водорода), после чего пробирку помещают в стакан с водой для охлаждения.

С2H5OH + Na C2H5ONa + H

CHCl3 + 2H CH4 + HCl

По окончании выделения пузырьков водорода проверяют, полностью ли прореагировал металлический натрий, для чего добавляют 3-5 капель этанола. Убедившись в отсутствии натрия, приливают 3-4 мл воды и подкисляют 20%-ным раствором азотной кислоты до кислой среды по лакмусу. При последующем добавлении 1-2 капель 1%-ного раствора нитрата серебра наблюдают появление обильного осадка xлорида серебра:

Cl-+ Ag+ AgCl

Быстрота и полнота отщепления атома галогена в этих условиях объясняется одновременным воздействием на хлороформ алкоголята натрия и водорода в момент выделения.

С2H5ONa + Н2О C2H5OН + NaОН

NaОН + HCl NaCl + H2О

NaОН + НNО3 NaNО3 + H2О

NaCl + AgNО3 AgCl + NaNО3

В. Открытие галогена разрушением органического вещества сожжением

Р е а к т и в ы: хлороформ, 1% раствор нитрата серебра

Галогены обнаруживают в виде галогенид-ионов по образованию хлопьевидных осадков серебра галогенидов различного цвета: хлорид серебра - белый, темнеющий на свету осадок; бромид серебра - бледно-желтый; йодид серебра - интенсивно-желтый.

Полоску фильтровальной бумаги смачивают хлороформом и зажигают под перевернутым большим стаканом. После сгорания бумаги на внутренних стенках стакана появляются росинки воды. Стакан переворачивают и приливают несколько капель 1%-ного раствора нитрата серебра. Образование мути или белого творожистого осадка указывает на присутствие галогена в исследуемом хлороформе.

t

CHCl3 + О CО2 + Н2О + HCl

НCl + AgNО3 AgCl + НNО3

Опыт 12. ОБНАРУЖЕНИЕ АЗОТА

Р е а к т и в ы: мочевина, металлический натрий, 5% раствор сульфата железа, 1% раствор хлорида железа, 8% раствор соляной кислоты, этиловый спирт.

Азот качественно обнаруживают по образованию берлинской лазури - Fe4[Fe(CN)6]3 - синее окрашивание.

Опыт проводят в вытяжном шкафу за стеклом или в предохранительных очках, выполняя приведенные ниже указания. При неосторожном обращении с металлическим натрием может произойти несчастный случай.

Несколько кристалликов испытуемого вещества мочевины помещают в сухую пробирку, туда же вносят маленький кусочек металлического натрия, хорошо очищенного от окисленного слоя. Осторожно нагревают пробирку на пламени горелки, держа её в деревянном зажиме и следя за тем, чтобы натрий плавился вмeстe с веществом; отверстие пробирки направляют “от себя”. Через некоторое время может произойти вспышка. Пробирку продолжают нагревать до получения однородного сплава, затем её охлаждают и добавляют несколько капель спирта для удаления остатков металлического натрия, который реагирует со спиртом по уравнению:

C2H5ОH + Na C2H5ONа + Н2

В пробирку приливают 1-2 мл воды и нагревают до растворения, к части раствора прибавляют 2-3 капли свежеприготовленного раствора сульфата железа, каплю хлорида железа и подкисляют соляной кислотой (для нейтрализации образующейся в растворе щелочи). При наличии в испытуемом веществе азота появляется синий осадок берлинской лазури:

t

H2NCONH2 + Na NaCN

NaCN + FeSO4 Na2SO4 + Fe(CN)2

Fe(CN)2 + NaCN Na4Fe(CN)6

Na4Fe(CN)6 + FeCl3 Fe4[Fe(CN)6]3

Опыт 13. ОБНАРУЖЕНИЕ СЕРЫ

Р е а к т и в ы: сульфаниловая кислота, металлический натрий, ацетат свинца, 1% раствор нитропруссида натрия, 8% раствор соляной кислоты, этиловый спирт

Серу качественно обнаруживают по образованию темно-коричневого осадка сульфида свинца (II), а также красно-фиолетового комплекса с раствором нитропруссида натрия.

В сухую пробирку помещают небольшое количество серосодержащего органического вещества - сульфаниловой кислоты и небольшой кусочек металлического натрия. Разрушение вещества сплавлением с металлическим натрием производят так, как и при определении азота. Если полученный paствор темнеет, его отфильтровывают от частичек угля. Раствор делят на три части.

Для обнаружения иона S2- одну часть раствора подкисляют соляной кислотой - ощущается характерный запах сероводорода:

t

Н2NС6Н4SО3Н + Na Na2S

Na2S + HCl H2S + NaCl

Ко второй части раствора приливают раствор ацетата свинца, подкисляют - выпадает черный осадок PbS или коричневая муть:

РЬ (СН3СОО)2 + Na2S PbS + 2СНзСООNа

К третьей части раствора прибавляют несколько капель свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. Наблюдают появление красно-фиолетовой окраски, обусловленное образованием комплексной соли:

Na2S + Nа2[Fе(CN)5NO] Nа4[Fе(CN)5NOS]

ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ, СВОЙСТВА И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

III.1 КЛАССИФИКАЦИЯ, ИЗОМЕРИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

В середине IX века с интенсивным развитием в области органической химии возникла необходимость определения новой теории. В 1861 году на Международном съезде естествоиспытателей и врачей в Шпейере А.М.Бутлеровым была предложена новая теория строения органических веществ, положения которой заключаются в следующем:

1. Атомы в органических соединениях связаны друг с другом в строгой последовательности, согласно их валентности. Последовательность связывания атомов в молекуле называется химическим строением.

2. Химические свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав молекулы, но и от того, в какой последовательности они связаны между собой, т.е. от химического строения молекулы.

3. Атомы в органических соединениях оказывают взаимное влияние друг на друга, от чего зависит реакционная способность молекулы.

4. Изучив реакционную способность вещества, можно установить его строение и, наоборот, по строению вещества судить о его свойствах.

Одними из классифицированных признаков органических соединений являются строение углеродного скелета и природа функциональных групп. По первому признаку органические вещества подразделяются следующим образом:

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

АЦИКЛИЧЕСКИЕ ЦИКЛИЧЕСКИЕ

КАРБОЦИКЛИЧЕСКИЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ

АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ

Функциональные группы - это атомы или группы атомов неуглеводородного характера, которые, являясь заместителями в углеводородной цепи, определяют химические свойства молекул.

По природе функциональной группы различают разнообразные классы органических соединений, основные которых приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Классификация органических соединений по природе функциональных групп.

Название класса	Функциональная группа	Общая формула класса
Галогенопроизводные углеводородов	-F, -Cl, -Br, -I	R-Hal
Спирты, фенолы	-OH	R-OH
Тиоспирты, тиофенолы	-SH	R-SH
Простые эфиры	-OR	R-O-R
Альдегиды	-CH=O	R-CH=O
Кетоны	C=O	R2C=O
Карбоновые кислоты	-COOH	R-COOH
Сульфокислоты	-SO3H	R-SO3H
Сложные эфиры	-COOR	R-COOR
Амиды	-CONH2	R-CONH2
Нитрилы	-CN	R-CN
Нитросоединения	-NO2	R-NO2
Амины	-NH2	R-NH2

По количеству и однородности функциональных групп органические соединения делят на монофункциональные, полифункциональные и гетерофункциональные. Монофункциональные органические соединения содержат одну функциональную группу, полифункциональные - несколько одинаковых, гетерофункциональные - несколько различных групп.

Номенклатура органических соединений складывалась на протяжении всего периода развития органической химии. В историческом аспекте следует выделить основные номенклатурные системы: тривиальную, рациональную и международную.

Тривиальные названия случайные, они отражают способы получения веществ, их отличительные свойства или природный источник, из которого соединения впервые выделялись, например, пирагаллол - продукт пиролиза галловой кислоты, флуоресцеин - флуоресцирует. Многие тривиальные названия органических соединений прочно укрепились и до сих пор общепризнанны, особенно в химии природных и гетероциклических соединений.

Согласно рациональной номенклатуре все вещества в определенном гомологическом ряду рассматриваются как производные простейшего представителя данного ряда, в частности у алканов - метана, у алкенов - этилена, у ацетиленов - ацетилена и т.д. Однако в связи с усложнением химических структур данная номенклатура оказалось непригодной, поэтому на XIX конгрессе Международного союза теоретической и прикладной химии в 1957 году были разработаны правила современной номенклатуры, известной под названием «номенклатура ИЮПАК».

Номенклатура ИЮПАК предусматривает несколько вариантов названий органических соединений: заместительный и радикало-функциональный.

При названии алканов по заместительной номенклатуре ИЮПАК придерживаются следующих правил:

1. За основу названия принимают название углеводорода, которому отвечает наиболее длинная неразветвленная цепь (главная углеродная цепь). Если в углеводороде имеется несколько цепей одинаковой длины, за главную из них принимается та, которая имеет наибольшее число разветвлений.

2. Нумеруют атомы углерода главной цепи с того конца, к которому ближе находится заместитель, если в молекуле алкана заместители расположены на равном расстоянии от обоих концов, то нумерацию проводят с того конца, к которому ближе расположен заместитель с названием, стоящим в алфавитном порядке раньше. Если же на равном расстоянии от обоих концов главной цепи расположены одинаковые заместители, но с одной стороны количество разветвлений больше, чем с другой, нумерацию начинают с того конца, где большее число заместителей.

CH3 CH3

CH CH3

CH3-CH-CH-CH2-C-CH2-CH2-CH32,5-диметил-5-этил-3-изопропилоктан

CH3 CH2-CH3

Многообразие органических соединений обусловлено явлением изомерии.

Изомеры - соединения с одинаковым элементным составом, молекулярной массой, но отличающиеся строением.

Различают следующие виды изомерий:

 ИЗОМЕРИЯ

СТРУКТУРНАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ

(изомерия строения) (стереоизомерия)

ЦЕПИ ПОЛОЖЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП

КОНФИГУРАЦИОННАЯ КОНФОРМАЦИОННАЯ

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИЧЕСКАЯ

Например:

1. изомеры цепи

СН3-СН2-СН2-СН3 и СН3-СН-СН3

н-бутан СН3 2-метилпропан (изобутан)

2. изомеры положения

СН2=СН-СН2-СН3 и СН3-СН=СН-СН3

бутен-1 бутен-2

3. изомеры по функциональной группе

бутаналь метилэтилкетон

4. геометрические изомеры бутена-2

цис-бутен-2 транс-бутен-2

5. конформационные изомеры пропана

заслоненная заторможенная

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Назовите основные способы изображения органических молекул. Напишите структурные и сокращенные формулы следующих соединений: а) н-бутан, б) циклопентан, в) пропен, г) этанол, д) уксусная кислота.

2. Назовите основные преимущества структурных формул в сравнении с молекулярными (брутто-) формулами. Напишите все возможные структурные формулы соединений, брутто-формула которых: а) С4Н8, б) С3Н8О, в) С3Н7С1.

3. Назовите приведенные соединения.

а) Н3С-С=СН-СН2-СН3 б) Н3С-СН-СООН

СН3 Br

в) H3C-CH-CH2-CH2-COOH г) H3C-C-CH2-CH2Br

NO2 О

д) СН3-СН2-С = С-СН3 е) Н2С=СH-СС-СН3

| |

Н3С СН2-СН3

4. Назовите основные номенклатурные системы органических соединений и укажите, по какой из них образованы названия следующих соединений: а) н-гептан, б) тетраметилметан, в) этиловый спирт, г) глицерин, д) уксусная кислота, е) пентанол-2, к) пропановая кислота. Напишите их стуктурные формулы.

5. Напишите структурные формулы и укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода в следующих соединениях: а) 3-метилпентан, б) 2,2,4,4-тетраметилгексан, в) этилциклогексан, г) 2-метил-2-фенилбутан.

6. Напишите структурные формулы следующих соединений: а) 2,2,4-триметилпентан, б) 2-хлорпропен, в) 3-бромгексан, г) 2-метил-3-хлор-3-этилгексан, д) 2-метилбутен-2, е) метилацетилен.

7. Назовите соединения по заместительной номенклатуре ИЮПАК и рациональной номенклатуре:

СН2-СН3 СН3

а) СН3-СН-СН-СН3 б) СН3-СН2-СН-СН2-СН-СН3

СН3 СН2-СН3

Н3С-Н2С СН3 СН3

в) СН3-СН-СН-С-СН3 г) СН3-СН2-СН-СН-СН3

СН3 СН-СН3 Н3С-СН-СН3

8. Дайте определение понятий «изомерия», «структурные изомеры», «стереоизомеры», «конформационные изомеры», «геометрические изомеры» и «оптические изомеры».

9. Напишите структурные формулы и назовите изомеры состава С6Н14.

10. С помощью проекционных формул Ньюмена изобразите заслоненные и заторможенные конформации н-бутана, возникающие в результате вращения вокруг С1-С2, С2-С3-связей. Укажите анти- и гош-конформации.

11. Используя проекционные формулы Ньюмена, приведите конформационные изомеры: а) 2-хлорэтанола, 2) 2-аминоэтанола, в) 1,2-дибромэтана, г) этиленгликоля. Укажите энергетически более стабильные конформеры.

12. Назовите соединения, соответствующие приведенным формулам Ньюмена:

а) б) в)

III.2 ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ

В органических соединениях различают четыре основных типа химических связей: ковалентную, ионную, водородную, донорно-акцепторную.

Связь, образованная за счет общих электронных пар, называется ковалентной связью. Она образуется между атомами, равными или близкими по электроотрицательности и является основным типом химической связи в органических соединениях. Связь, образованная между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называется ковалентной неполярной, и связь, образованная между атомами с незначительной разницей в электроотрицательности, называется ковалентной полярной.

Ионная связь образуется между атомами, которые значительно отличаются по электроотрицательности. В результате образуются противоположно заряженные ионы, которые электростатически притягиваются друг к другу.

СН3СОО- Na+ ионная связь

Донорно-акцепторная связь представляет собой разновидность ковалентной связи и отличается от последней только способом образования. Если ковалентная связь образуется путем обобществления пары электронов по одному от каждого атома, то донорно-акцепторная - за счет двух электронов, предоставляемых одним из атомов. При этом поставляющий пару электронов в общее пользование, называют донором, а атом принимающий электроны, - акцептором.

Например:

Н Н

+

Н N: + Н+ Н N Н

H донор акцептор Н

Частным случаем донорно-акцепторной связи является семиполярная связь. Она образуется при взаимодействии атомов, имеющих неподеленные электронные пары (доноры), с электронейтральными частицами, которые содержат секстет электронов (акцепторы).

Водородная связь образуется в результате электростатического взаимодействия между активными атомами водорода в молекуле и атомами с неподеленной электронной парой (О, N, F) в этой же или в другой молекуле.

-N H ··· N- -N H···O <

водородная связь

Энергия водородной связи (10-40 кДжмоль) невелика по сравнению с энергией ковалентной связи (340-360 кДжмоль). Различают внутримолекулярные и межмолекулярные водородные связи. Внутримолекулярные водородные связи возникают в пределах одной молекулы с образованием пяти-, шести- или семичленных хелатообразных структур (1). Межмолекулярные водородные связи возникают между двумя или несколькими молекулами с образованием димеров (2) или ассоциатов (3).

Для атома углерода характерны три вида гибридизации с участием s- и р-орбиталей: sр3-, sр2-, sр-. sр3-гибридизация характерна для алканов, sр2- для алкенов, sр- для алкинов.

В органических соединениях различают два вида электронных смещений: индуктивный эффект и мезомерный эффект.

Cмещение электронной плотности по цепи -связей называется индуктивным эффектом (I), а по системе -связей - мезомерным эффектом (М).

Индуктивный эффект проявляется всегда при наличии в молекуле атомов с различной электроотрицательностью, распространяется только в одном направлении и затухает через 3-4 -связи. Бывает положительным (+I) и отрицательным (-I).

СН3 СН2 СН2 Сl (-I) СН2 =СН СН3 (+I)

Мезомерный эффект проявляется лишь в том случае, когда заместитель включен в сопряженную систему молекулы. Различают р,-сопряжение (=-. .) и ,-сопряжение (= - =).

СН2=СН Сl: СН2=СН СH= O СН2=СН СН2 Cl

(+М) (-М) (М=0)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Сформулируйте основные положения теории химического строения органических молекул А.М.Бутлерова.

2. Укажите типы химических связей в следующих соединениях:

тринитроглицерин этанол

ацетонитрил натрий г-оксибутират

метиламмоний йодид винил ацетилен

3. Приведите электронные формулы атомов углерода, азота и кислорода. Объясните, почему углерод в органических соединениях четырехвалентный.

4. Какие виды гибридизации возможны для атома углерода в органических соединениях? Изобразите атомно-орбитальные модели в молекулах этана, этилена и ацетилена. Как изменяется электроотрицательность атома углерода в зависимости от гибридизации?

5. Определите гибридизацию атома углерода в исходных соединениях и конечных продуктах реакции:

1)

2)

3)

4)

5)

6. Индуктивный эффект. Покажите графически проявление индуктивного эффекта заместителей в следующих органических соединениях, указав электродонорные и электроакцепторные заместители:

а) СН3-СН2-С1 б) СН3-СН2-СООН в) СН2=СН-ССН

г) СН3-С(О)Н д) СН3-СН=СН2 е) СН3-СN

7. Сопряженные системы с открытой и замкнутой цепью. Определите виды сопряжения и покажите распределение электронной плотности в молекулах следующих соединений:

а) СН3-СН=СН2 б) СН2=СН-СН=СН2 в) СН2=СН-С1

г) СН3-СН=СН-СООН д) С6Н5ОН е) С6Н5-С1

8. Мезомерный эффект. Совместное проявление индуктивного и мезомерного эффектов заместителей. Укажите индуктивные и мезомерный эффекты в следующих соединениях:



9. Какие свойства - электронодонорные или электроноакцепторные - проявляют функциональные группы в молекуле 3-метоксипропаналя?

10. Напишите транс-изомер коричной кислоты (С6Н5-СН=СН-СООН) определите сопряженную систему, вид и знак электронных эффектов карбоксильной группы.

11. Укажите вид и знак электронных эффектов для следующих соединений: хлоропрен, 4-гидроксибутановая кислота, 2-этоксибутан, этоксибензол (фенетол), метоксибензол (анизола), анилин, 2-гидроксибензойная кислота, бензальдегид, бензиловый спирт, хлорбензол, бензилхлорид, аллилхлорид, винилхлорид, кротоновая кислота, бутановая кислота.

12.Проявляют ли одинаковые функциональные группы одни и те же электронные эффекты в молекулах 2-аминоэтансульфоновой кислоты (таурина) и п-аминобензолсульфоновой (сульфаниловой) кислоты?

13. Приведите пространственное расположение орбиталей в молекуле пропилена, пропина и пропана. Укажите количество s-, p-, sp3-, sp2-, sp-орбиталей

III.3 АЛКАНЫ. ЦИКЛОАЛКАНЫ

Алканами или предельными углеводородами называют углеводороды алифатического ряда, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой только простыми ковалентными связями.

Состав их выражается общей формулой СnH2n+2. Родоначальником гомологического ряда является метан. Каждый член этого ряда отличается от последующего на звено СН2. Окончание -ан является характерным для алканов.

Все атомы углерода в алканах находятся в sp3-гибридизации и имеют тетраэдрическую форму.

Называют алканы с разветвленной углеродной цепью согласно заместительной номенклатуре ИЮПАК и рациональной.

Для алканов характерна структурная и оптическая изомерия. Структурная изомерия алканов обусловлена разной последовательностью связывания атомов углерода в молекуле (изомерия цепи). Начиная с углеводорода С7Н16, для алканов возможна оптическая изомерия. Например, 3-метилгексан

СН3

СН3-СН2-СН-СН2-СН2-СН3

имеет ассиметрический атом углерода и существует в виде двух энантиомеров (зеркальных изомеров):

СН3 СН3

С Н Н С

СН3-СН2 СН2-СН2-СН3 СН3-СН2-СН2 СН2-СН3

R-3-метилгексан S-3-метилгексан

Главными природными источниками алканов являются нефть и природный газ. Для получения из нефти смеси алканов и других углеводородов ее подвергают фракционной перегонке. Существуют и синтетические способы их получения: а) каталитическое гидрирование оксида углерода (II) (синтез Фишера-Тропша), б) каталитическое гидрирование алкенов и алкинов, в) взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца), г) сплавление солей карбоновых кислот со щелочами.

В обычных условиях алканы являются малореакционноспособными соединениями. Они устойчивы к действию кислот, щелочей и окислителей. Химические превращения алканов чаще сопровождаются гомолитическим расщеплением связей С-Н с последующим замещением атома водорода другими атомами или группами, т.е. для них характерны реакции замещения, происходящие по радикальному механизму (SR). При высоких температурах может наблюдаться гомолитический разрыв связей С-С.

Циклоалканами называют циклические углеводороды, в которых все углеродные атомы, образующие цикл, находятся в sp3-гибридизованном состоянии.

Циклоалканы классифицируют по размеру цикла, числу циклов и способу соединения циклов. В соответствии с правилами ИЮПАК названия моноциклических циклоалканов образуют от названий алканов с соответствующим количеством атомов углерода, прибавляя префикс цикло-.

Для циклоалканов характерна структурная, геометрическая и оптическая изомерия.

Такие циклоалканы, как циклопропан и циклогексан, а также их гомологи входят в состав некоторых видов нефти, из которых могут быть выделены в чистом виде. Наряду с этим для получения циклоалканов существует ряд синтетических методов: а) взаимодействие дигалогеналканов с металлическим натрием или цинком, б) пиролиз кальциевых солей дикарбоновых кислот, в) реакции циклоприсоединения.

Аналогично алканам в молекулах циклоалканов атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации. Но если молекулы алканов обладают значительной гибкостью за счет свободного вращения вокруг углерод-углеродных связей, то молекулы циклоалканов, несмотря на возможные конформационные повороты, представляют собой в определенной степени жесткие образования.

В химическом отношении циклоалканы во многом ведут себя подобно алканам. Однако для них характерны не только реакции замещения, протекающие по радикальному механизму (SR) (для обычных циклов - пяти- и шестичленных), но и реакции присоединения в соответствии с правилом Марковникова по электрофильному механизму (АЕ) (для малых циклов - трех- и четырехчленных). Данное явление объясняется пространственным строением циклоалканов.

Алканы и циклоалканы широко используются в химической промышленности в качестве сырья для получения широкого спектра многих органических веществ, медицине, фармации при изготовлении лекарственных форм, в парфюмерно-косметической промышленности. Например, вазелин (смесь жидких и твердых алканов с числом углеродных атомов от 12 до 25) широко используется в фармации в качестве основы для приготовления мазей, циклопропан применяется в медицинской практике как средство для ингаляционного наркоза.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

Напишите структурные формулы следующих соединений назовите их по рациональной номенклатуре: а) 2-метил-4-этилгексан, б) 2,2-диметил-пропан, в) 2,2,3-триметилпентан, г) 2,4-диметил-4-пропилгептан, д) 2,4-диметил-3-этилпентан.

Напишите структурные формулы следующих углеводородов и назовите их по номенклатуре ИЮПАК: а) диизопропилметан, б) диметилэтилметан, в) метилдиэтилизопропилметан, г) втор-бутил-трет-бутилметан, д) метил-пропилметан.

Назовите по систематической и рациональной номенклатуре следующие углеводороды:

СН2-СН3 СН3

а) СН3-СН-СН3 б) СН3-СН2-С-СН2-СН-СН3

СН3 СН2-СН3

СН3 СН3 СН3 СН2-СН3

в) СН3-СН-СН-С-СН3 г) СН3-СН-СН-СН3 д) СН3-С-СН3

Н3С СН-СН3 Н3С-СН-СН3 СН3-СН-СН3

СН3

Напишите формулы структурных изомеров состава С6Н14, обозначте первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода. Назовите соединения по систематической номенклатуре.

Какие углеводороды образуются при действии металлического натрия на смесь: а) йодистого метила и йодистого изопропила, б) йодистого этила и йодистого изобутила, в) бромистого пропила и бромистого втор-бутила, г) йодистого этила и йодистого пропила.

Приведите возможные способы получения изопентана и напишите схемы его нитрования и сульфирования. Назовите продукты.

В чем сущность крекинга и пиролиза нефтепродуктов?

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить химические превращения: а) пропановая кислота > 2-нитробутан, б) пропан > 2,3-диметилбутан.

Приведите схему реакции Коновалова для 2-метилбутана. В каких условиях протекает взаимодействие? Опишите механизм реакции.

На примере циклопропана и циклогексана объясните общность и различие в реакционной способности циклоалканов. Напишите соответствующие уравнения реакций.

Какие соединения образуются в результате бромирования следующих соединений: 2,2,4-триметилпентана, метилциклопропана и циклогексана? Приведите схемы реакций и назовите продукты реакций.

Напишите схему реакции получения 1,3-диметилциклопентана из соответствующего дигалогеналкана, Назовите исходное соединение.

Приведите схему получения 1-метил-4-этилциклогексана по реакции Дильса-Альдера.

Какие виды напряжения существуют в органических молекулах? Какие виды напряжения имеют место в молекуле циклогексана, находящейся в конформации ванны?

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие химические превращения:

SO₂, Cl₂, hv

4

NaOH Вr_2, hv Na разб. HNO₃,t,p

а) СН₃-СН-СООNa 1 2 3 5

CH₃ Cl₂, hv

6

HBr

2

H₂, кат.

Zn 3

б) 1,3-дибром-2-метилпропан 1 Cl₂, hv

4

Cl₂, t

5

ПРАКТИКУМ

Опыт 14. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНА

Р е а к т и в ы: натрия ацетат, натронная известь (смесь NаОН и СаО)

В сухую пробирку на высоту 10 мм помещают тщательно растертую в ступке смесь ацетата натрия и натронной извести в соотношении 1:2. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой, устанавливают в штатив и нагревают в пламени горелки. Выделяется газ - метан:

t0

СН3СOONa + NaOH CH4 + Na2CO3

Данный способ является удобным лабораторным методом получения метана.

Опыт 15. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАНА

Р е а к т и в ы: метан, бромная вода, 1% раствор перманганата калия.

Метан (из предыдущего опыта) поочередно пропускают в отдельные пробирки с бромной водой и 1%-ным раствором перманганата калия. В условиях опыта видимых изменений не наблюдается. Не прекращая нагревания, поджигают выделяющийся из газоотводной трубки газ. Метан горит голубоватым пламенем:

СН4 + 2O2 CО2 + 2Н2O

Опыт 16. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ

Р е а к т и в ы: бензин, концентрированные серная и азотная кислоты, бромная вода, 1% раствор перманганата калия, спиртовый раствор щелочи

16.1. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой.

1 мл бензина (смесь предельных углеводородов) помещают в пробирку, прибавляют равный объем концентрированной серной кислоты, осторожно перемешивают, затем взбалтывают. Происходит разогревание реакционной смеси. Пробирку охлаждают водой. Бензин не изменяется, что указывает на инертность предельных углеводородов.

16.2. Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой.