Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Органическая химия: Методические указания к лабораторным работам

Голосов: 6

Пособие представляет собой руководство к лабораторным занятиям. Практическая часть содержит материал об общих свойствах основных классов органических соединений и их важнейших представителях. Рассматриваются основные способы их получения и выделения в ходе опытов, сравнивается реакционная способность. Приведены основные правила номенклатуры органических соединений. Пособие к лабораторным работам по органической химии предназначено для студентов машиностроительного факультета специальности 190201- "Автомобиле- и тракторостроение". Подготовлено на кафедре "Химия".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
       Опыт 2. Отношение этилена к бромной воде. В пробирку наливают 2—3
мл бромной воды и пропускают в нее этилен до обесцвечивания. Почему
произошло обесцвечивание?
   Опыт 3. Отношение этилена к окислителям. Этилен пропускают в
0,01%-ный раствор перманганата калия, подкисленный серной кислотой, до
обесцвечивания раствора.

                         Контрольные вопросы
   1. Напишите структурные формулы изомеров гексена и назовите их по
систематической номенклатуре.
   2. Назовите следующие соединения по систематической номенклатуре:
         Н3С—С=СН—СН—СН3         Н3С—С=СН—СН—СН=СН—СН3
              |    |                 |     |
             СН3  С2Н5               СН3  С2Н5
   3. Напишите уравнения реакций взаимодействия изобутилена с бромом,
бромоводородом.
   4. Напишите уравнение реакции взаимодействия этилена с раствором
перманганата калия.
   5. Сформулируйте и объясните правило Марковникова. Приведите примеры
реакций, протекающих против правила Марковникова.
   6. Приведите примеры радикальной полимеризации непредельных
углеводородов. Каков механизм протекания этих процессов? Что такое
катализатор Натта-Циглера?
   7. Как используется этилен и его производные в промышленности.
Приведите примеры.

           4. НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКИНЫ)

   Алкины (ацетилены) – это углеводороды, в молекуле которых имеется
тройная углерод-углеродная связь -С≡С-. Общая формула алкинов CnH2n-2.
Алкины, у которых у атома углерода, связанного тройной связью, имеется атом
водорода («ацетиленовый» водород), способны замещать эти атомы водорода
на другие атомы или группы атомов, а также проявляют слабые кислотные
свойства.
   В промышленности и в лабораторных условиях ацетилен получают из
карбида кальция при взаимодействии его с водой:
                        СаС2+ 2 Н2О→Са(ОН)2 + С2Н2.
   Опыт 1. Получение ацетилена. Ацетилен можно получать в приборе для
получения этилена. В пробирку наливают 3—5 мл воды и бросают несколько
кусочков карбида кальция. Выделяющийся ацетилен используют для изучения
его химических свойств.



                                                                         11


   Опыт 2. Отношение ацетилена к окислителям. Ацетилен пропускают в
пробирку, наполненную 0,01%-ным раствором перманганата калия
(подкисленного серной кислотой), до обесцвечивания раствора.
   Опыт 3. Отношение ацетилена к бромной воде. В пробирку с бромной
водой пропускают ацетилен до полного обесцвечивания. Почему происходит
обесцвечивание?

                          Контрольные вопросы
   1. Напишите структурные формулы изомеров пентина и назовите их по
систематической номенклатуре.
   2. Назовите следующие соединения по систематической номенклатуре:
            Н3С—С≡С─СН—СН3       Н3С—С≡С—СН—СН2—СН—СН3
                     I                    I      I
                    СНз                   СНз   СНз
   3. Напишите последовательно уравнения реакций взаимодействия
ацетилена с 2 молями хлороводорода. Какими свойствами обладает полученное
вещество?
   4. Напишите уравнение реакции взаимодействия ацетилена с подкисленным
раствором перманганата калия. Какие продукты образуются, если брать
замещенные ацетилены?
   5. Напишите механизм реакции Кучерова для ацетилена и его производных.
   6. Как используют ацетилен и его производные в промышленности?
Напишите уравнения реакций.

5. ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ АЛИФАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

    При замещении атомов водорода в углеводородах на атомы галогена
образуются     соединения,     которые     объединяют     под   названием
галогенопроизводных.     Для     алкилгалогенидов    характерны   реакции
нуклеофильного замещения галогена и реакции отщепления галогенводородов
(реакция дегидрогалогенирования).
    Опыт 1. Получение хлорэтана. Смесь из равных объемов 96%-ного
этилового спирта и концентрированной серной кислоты (уд. вес =1,8) в
количестве 6 мл помещают в пробирку с прямой газоотводной трубкой и
прибавляют 1 г NaCl. Пробирку слабо нагревают в пламени спиртовки.
Выделяющийся газ поджигают и наблюдают цвет пламени.
    Опыт 2. Получение йодоформа из этилового спирта. Налить в пробирку
5 мл 30-40%-ного NaOH, прилить 1–2 мл спиртового раствора йода и нагреть.
Затем раствор охладить. Что происходит с окраской раствора?

                            Контрольные вопросы
   1. Напишите структурные формулы соединений: а) 2-метил-3-хлорпентана;
б)      2,2-диэтил-3-хлоргексан;    в)     тетрахлористого      этилена;


12


г) 3-хлорпентена-1; д) 1-бром-4-метилгептена-3. Какие их них имеют цис-
транс-изомеры?
   2. Напишите уравнения реакций хлористого изобутила: а) с цианидом
калия; б) с аммиаком; в) с этилатом натрия.
   3. Напишите уравнения реакций галогенирования этилового спирта и
получение йодоформа из этилового спирта.
   4. Приведите     примеры       использования  галогенпроизводных   в
промышленности.
                                    6.СПИРТЫ

      К спиртам относят соединения, которые содержат гидроксильную группу
-ОН у атома углерода, не содержащего других функциональных групп.
Наиболее известны и важны три типа реакций, которые характеризуют
химические свойства спиртов: 1) реакции, в процессе которых разрывается
связь О-Н (образование алкоголятов, сложных эфиров); 2) реакции, в
процессе которых разрывается связь С-О (образование галогенидов, простых и
сложных эфиров); 3) реакции с участием группы ОН и атома водорода,
стоящего    у    соседнего    атома   углерода    (дегидратация, окисление,
дегидрирование).
    Опыт 1. Окисление спиртов водным раствором перманганата калия. В
пробирку налить 3–4 мл этилового спирта и 3 мл водного раствора
перманганата калия. Пробирку нагреть. Обратите внимание на изменения
окраски раствора и появления запаха.
    Опыт 2. Окисление спиртов хромовой смесью. К 2–3 мл этилового
спирта добавляют 1–2 капли хромовой смеси. Как меняется окраска раствора?
    Опыт 3. Образование глицерата меди. В пробирку наливают 1 мл 2 н
раствора сульфата меди и 1 мл 2 н раствора гидроксида натрия. К выпавшему
осадку гидроксида меди (II) добавляют несколько капель глицерина. Почему
происходит растворение осадка образовавшегося гидроксида меди (II)? В какой
цвет окрашивается раствор?

                             Контрольные вопросы
   1. Напишите структурные формулы всех изомеров пентилового спирта.
   2. Каким способом можно получить 2-метилпропанол-1 из ацетилена?
   3. Напишите     уравнение    реакции    взаимодействия    глицерина   с
гидроксидом меди (II); реакции окисления этилового спирта водным раствором
перманганата калия и хромовой смесью.
   4. Приведите примеры использования спиртов в промышленности.


                         7.АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ

    Альдегиды и кетоны – функциональные производные углеводородов, в
молекулах которых имеется карбонильная группа -С=О. Если атом углерода

                                                                         13


этой группы связан хотя бы с одним атомом водорода, то такие соединения
называют альдегидами. Если атом углерода карбонильной группы связан с
двумя углеводородными радикалами, то такие соединения называют кетонами.
Наиболее характерными для альдегидов и кетонов являются реакции
нуклеофильного присоединения.
    Опыт 1. Окисление ацетальдегида аммиачным раствором оксида
серебра (реакция «серебряного зеркала»). В тщательно вымытую пробирку
наливают аммиачный раствор оксида серебра и добавляют несколько капель
ацетальдегида. Пробирку помещают в баню с горячей водой. Через некоторое
время на стенках образуется слой серебра («серебряное зеркало»). Эта
реакция является качественной на альдегиды. Попробуйте провести подобную
реакцию с ацетоном. Объясните, почему ацетон не восстанавливает серебро.
    Опыт 2. Окисление ацетальдегида гидроксидом меди (ІІ).
    В пробирку наливают 4 капли 2%-ного раствор сульфата меди и
добавляют 6 капель 10%-ного раствора NaOH. К образовавшемуся осадку
гидроксида меди приливают ацетальдегид и нагревают. Что происходит с
окраской раствора?
    Наблюдаемое изменение окраски объясняется различной степенью
окисления меди:
                      Сu (ОН)2 → СuОН → Сu2О → Сu
                      голубое      желтое красное
    Опыт 3. Взаимодействие ацетона с гидроксидом натрия и йодом
(галоформная реакция) с образованием йодоформа. В пробирку с 2–3 мл
ацетона приливают 1 мл 10%-ного раствора NaOH, добавляют 2 мл раствора
йода в иодиде калия до обесцвечивания. Нагревают пробирку и наблюдают за
выпадением желто-белого осадка йодоформа с характерным запахом.
    Опыт 4. Реакция с солянокислым гидроксиламином. К 5 мл 5%-ного
раствора солянокислого гидроксиламина прибавляют 0,5 мл ацетальдегида или
ацетона. Смесь нагревают на водяной бане и добавляют 1 каплю метилового
оранжевого. Отмечают изменение цвета индикатора.

                             Контрольные вопросы
   1. Напишите все возможные изомеры альдегидов и кетонов,
соответствующие молекулярной формуле СбН12О.
   2. Напишите        уравнения      реакций       гидролиза       следующих
галогенопроизводных: а) 1,1-дихлорпропана; б) 1,1-дихлор-2-метилбутана;
в) 2,2-дибромбутана,
   3. Какие спирты образуются при восстановлении водородом следующих
соединений: а) пропаналя; б) бутаналя; а) пропанона; г) 3-метилпентанона-2?
   4. Напишите уравнения реакций взаимодействия с водой (в присутствии
катализатора) следующих соединений: а) пропина; б) бутина-2.
   5. Напишите       уравнения     реакций     окисления:      а)    бутаналя,
б) 2- метилбутаналя; в) пропан-2-она. Укажите условия проведения реакций.
   6. Напишите уравнения реакций опытов 1–3.

14


  7. Приведите примеры      использования   альдегидов   и   кетонов   в
промышленных синтезах.


           8. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ

    Карбоновые кислоты представляют собой функциональные производные
углеводородов, в молекулах которых имеется карбоксильная группа ─С = О.
                                                                     ОН
    Число карбоксильных групп определяет основность кислоты. Общая
формула карбоновых кислот CnH2n+1COOH. Карбоновые кислоты реагируют с
металлами, их оксидами и гидроксидами, образуя соли. При действии
различных реагентов образуют ряд производных (галогенангидриды,
ангидриды, амиды, нитрилы, сложные эфиры, мыла, жиры).
    Опыт 1. Образование солей. К 0,5 мл 5%-ного раствора карбоната натрия
приливают равное количество разбавленной уксусной кислоты. Раствор
начинает пениться. Объясните это явление.
    Опыт 2. Образование и гидролиз ацетата железа. В пробирку
помещают несколько капель 20%-ного раствора ацетата натрия и добавляют
столько же раствора хлорида железа (III). Появляется желтовато-красное
окрашивание, свидетельствующее об образовании ацетата железа (III). После
нагревания раствора до кипения выпадают хлопья красно-бурого цвета
гидроксида диацетата железа (III) .
    Опыт 3. Разложение щавелевой кислоты. В пробирку с газоотводной
трубкой помещают 1–1,5 г кристаллов щавелевой кислоты и 1–2 мл
концентрированной серной кислоты. Нагревают до выделения газа. Сначала
пропускают газ через известковую воду до выпадения белого осадка, а затем
поджигают и наблюдают голубое пламя.
                         (СООН)2 t 2СО2+ СО+Н2О
                                    →
    Опыт 4. Окисление щавелевой кислоты. В пробирку с газоотводной
трубкой помещают 1–1,5 г кристаллов щавелевой кислоты, 2–3 мл 0,2%-ного
раствора КМпО4 и 1–2 капли концентрированной серной кислоты.
                           (СООН)2 (О ) 2СО2+ Н2О
                                      →
    Опыт 5. Получение жирных кислот из мыла. В пробирку к 25 мл
1%-ного водного раствора мыла добавляют 5 мл 10%-ного раствора серной
кислоты по каплям. Смесь нагреть до кипения. На поверхности выделяются
свободные жирные кислоты (образуется жирная пленка). Раствор охладить.
    Опыт 6. Образование нерастворимых солей высших жирных кислот.
К 2 мл 1%-ного раствора мыла добавить 6–7 капель водного раствора СаС12.
Выпадает осадок нерастворимых кальциевых солей.
    Опыт 7. Получение уксусноэтилового эфира. К 3 мл этилового спирта
прилить 4 мл ледяной уксусной кислоты, 1 мл концентрированной серной
кислоты и нагреть 3–5 минут. Полученный раствор охлаждают, добавляют 3–4
мл насыщенного раствора NaCl и отделяют эфир в делительной воронке.

                                                                       15


    Опыт 8. Получение бензойноэтилового эфира. К 2 мл этилового спирта
добавить 1 г кристаллической бензойной кислоты, 1 мл концентрированной
серной кислоты и нагреть 3–5 мин. Раствор вылить в пробирку с 8 мл воды.
Полученный эфир отделить в делительной воронке.

                              Контрольные вопросы
   1. Напишите      структурные      формулы     следующих     соединений:
а)    3,3-диметилбутановая     кислота;   б)  диметилпропановая    кислота;
в) β-этилакриловая кислота; г) этилбутиловый эфир.
   2. Напишите уравнение реакции получения из бутана масляной кислоты.
   3. Напишите      уравнения      реакций,     отличающих     муравьиную
кислоту от других карбоновых кислот.
   4. Напишите полные уравнения реакций, протекающих в опытах 1–8.
   5. Приведите примеры промышленного использования карбоновых
кислот и их производных.




16


                                                                 Приложение А

              НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

      Для названия органических соединений применяются, в основном, две
номенклатуры – рациональная и систематическая (ИЮПАК- International Union
of the Pure and Applied Chemistry). Однако широко распространены и
тривиальные названия органических соединений. В рациональной
номенклатуре за основу названия органического вещества принимают название
простейшего члена гомологического ряда конкретного класса углеводородов, а
остальные рассматривают как его производные.
      С    ростом   числа   органических    соединений       возникла     острая
необходимость в создании универсальной номенклатуры. Так возникла
официальная, или систематическая, номенклатура — номенклатура ИЮПАК.
      Предельные углеводороды (алканы). Первые четыре члена
гомологического ряда имеют тривиальные названия (метан, этан, пропан,
бутан). Названия последующих алканов производят от греческих числительных
с добавлением суффикса -ан: пентан (5), гексан (6), гептан (7), октан (8), нонан
(9), декан (10).
      При отрыве от молекулы алкана одного или нескольких атомов водорода
образуются радикалы — алкилы, названия которых строятся из наименований
соответствующих углеводородов с заменой суффикса -ан на -ил: CH4 — метан,
СН3 — метил; С2Н6 — этан, С2Н5 — этил; С3Н8 — пропан, С3Н7 — пропил и
т. д. В таблице приведены наиболее распространенные радикалы.
                                                                    Таблица А 1
                          Названия некоторых радикалов

       Радикал           Название          Радикал           Название
  СH2 <                Метилен        CH3(CH2) 2CH2-    Амил

  CH <-                Метин          CH2 =CH –CH2-     Аллил
  CH3 –CH<             Этилиден       - C6H4 -          Фенилен
  CH3 -CH2 –CH<        Пропилиден     C6H5CH2-          Бензил
  (CH3) 2CH-           Изопропил      C6H5 –CH<         Бензилиден
  CH3 -(CH3) 2 –CH-    н-Бутил        H-CO-             Формил
  (CH3) 2 CH –CH2-     Изо-бутил      C6H5 –            Фенил

  (CH3) 3C-            Трет-бутил     CH3 -CO-          Ацетил
  CH2 =CH -            Винил          C6H5CO-           Бензоил
  CH2 =C<              Винилиден      CH3-C6H4-CO-      Тулоил

    Для названия разветвленных алканов по номенклатуре ИЮПАК вначале
выбирают самую длинную цепь углеродных атомов. Затем ее нумеруют,

                                                                              17


начиная с того конца, к которому ближе расположен заместитель. Указав
положение каждого радикала цифрами и назвав их, добавляют название
главной цепи, например:
                                СН3
                            1 2| 3     4    5
                           СН3 ─С─СН2 ─СН2 ─СН3
                                  |
                                 СН3
                          2,2-диметилпентан
    Количество однородных радикалов обозначается приставками ди-,
три-, тетра- и т. д. Атомы углерода в главной цепи нумеруются так, чтобы
цифры, указывающие положение заместителей, были наименьшими:
                                          СН3
                               5 4 3 2| 1
                               CH3-CH-CH2-C-СН3
                                   |      |
                                  СН3   СН3
             2,2,4-триметилпентан (но не 2,4,4-триметилпентан)

    Если в разветвленном алкане имеются цепи равной длины, то в качестве
главной цепи выбирают ту, у которой имеется наибольшее число разветвлений:

                       СН3─СН2 ─СН─СН─СН─СН─СН3
                                 |   |   |  |
                                СН3 СН2 СН3 СН3
                                       |
                                    СН2-СН3
                       2,3,5-триметил-4-пропил гептан
Следует различать разветвление цепи от ее изгибов при графическом
изображении:

                     СН3-СН2           СН2─ СН2─СН2─СН2
                          |            |             |
                         СН3           СН-СН3       СН3
                      пропан               гептан
    Заместители перечисляются в алфавитном порядке или в порядке возра-
стающей сложности. Более простыми считаются радикалы с меньшим числом
углеродных атомов, а при равном их числе — менее разветвленные,
ненасыщенные радикалы считаются более сложными, чем насыщенные.
Например:
                 1   2   3  4   5   6  7   8    9 10
                СН3─СН2─СН─СН2─СН─СН2─СН─СН2─СН2─СН3
                         |      |       |
                        СН3    СН2     СН(СН3)2
                                |
                               СН2-СН3
                    3-метил-5-пропил-7-изопропилдекан

18


     Непредельные углеводороды. Ненасыщенные углеводороды с двойной
связью называют алкенами, или олефинами, а с тройной — алкинами. Названия
их по номенклатуре ИЮПАК образуют от названий соответствующих
алканов с заменой суффикса -ан на -ен или -ин. Краткая связь обязательно
включается в главную цепь. Нумерацию цепи начинают с того конца, к
которому ближе двойная или тройная связь. В этом случае атомам углерода
у кратной связи отдается предпочтение по сравнению с насыщенными атомами
углерода, даже имеющими заместители:
                          СН3─СН=СН2         CH3─CH2─C≡CH
                           пропен                   бутин-1
              СН3─СН2─С─СН2─СН2─СН3            СН3─C≡С─СН2─СН─СН3
                      ║                                    │
                      СН2                                  СН3
               2-этилпентен-1                         5-метилгексин-2
                                СН3 ─СН─СН─СН 2 ─СН3
                                     │   │
                                     СН3 СН=СН2
                              4-метил-3-этилпентен-1

    Число кратных связей одного рода обозначают с помощью суффиксов
-диен, -триен, -диин и т. д. Двойная связь имеет преимущество перед
тройной при нумерации:

    СН 2 = СН ─СН = СН ─ СН = СН 2     СН 2 = СН ─ СН 2 ─ С ≡ С ─ С ≡ СН
     гексатриен-1, 3, 5                          гептен-1-диин-4,6

    Правилами ИЮПАК допускается применение названий этилен, аллен,
изопрен, ацетилен только для незамещенных соединений.
    Этиленовые и ацетиленовые углеводороды по рациональной номенклатуре
рассматриваются как производные этилена и ацетилена. При этом
производные этилена с двумя заместителями у разных углеродных атомов
называются симметричными, а у одного — несимметричными (независимо от
истинной симметрии):
            СН3─СН2─СН=СН2          CH3─CH2─C≡CH           СН 3 ─C≡C─СН 3
           этилэтилен                этилацетилен         диметилацетилен

                                            СН(СН3)2
           СН3─СН=СН─СН2 ─СН3              /
                                       СН=С
         симм-метилэтилэтилен               \
                                            CH(CH 3 ) 2
                                      несимм –диизопропилэтилен

    Ароматические углеводороды (арены) с одним бензольным ядром
обычно рассматривают как производные бензола. Положение заместителей

                                                                            19


можно указывать цифрами или, если заместителей только         два, буквами:
о- (орто-), м- (мета-), п- (пара), которые соответствуют положениям 1,2, 1,3
и 1,4:



    1,2- диметилбензол                  1,3-диметилбензол
 (о-диметилбензол, о-ксилол)           ( м-диметилбензол, м-ксилол)

     Правилами ИЮПАК допускается употребление тривиальных
 названий — толуол, ксилол, стирол — и их производных:



                      C2H5
            4-этилтолуол (п- этилтолуол)        3-этилстирол(м-этилстирол)

    Кислородсодержащие соединения. По систематической номенклатуре
спирты имеют суффикс -ол(–ОН), альдегиды -ал (-аль)(- СНО), кетоны—он
(-С=О), карбоновые кислоты ─овая кислота (-СООН). Количество одинаковых
функциональных групп указывается приставками ди-, три- и т. д. Кроме того, в
рамках правил ИЮПАК имеется так называемая радикально-функциональная
номенклатура, в соответствии с которой названия спиртов производят от
названий соответствующих радикалов с добавлением суффикса -овый (спирт)
(названия по этой номенклатуре приведены в круглых скобках).
      СН3-СН-СН-ОН               СН3─СН─СН2─ОН           СН3─СН─СН─СН3
     пропанол-1                      │                       │   │
 (пропиловый спирт)                  СН3                     СН3 ОН
                               2-метилпропанол-1         3-метилбутанол-2
                             (изобутиловый спирт)
               О
               ║
      СН3 ─СН─С─СН3                        С1СН2─СН2─СН2─СН─СНО
           │                                             │
           СН3                                            СН3
     3-метилбутанон-2                        5-хлор-2-метилпенталь

           СН3                          СН3 ─СН─СН2─СН─СООН
           │                                 │      │
      СН3 ─С─СНО                             С6Н5   NН2
           │
           СН3                        2-амино-4-фенилпентановая кислота
 2,2-диметилпропаналь




20



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика