WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДРАЦИИ Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВРСИТЕТ» Биолого-химический факультет Кафедра органической, биологической химии и методики преподавания химии Учебное пособие по органической химии Идентификация органических соединений Составитель д.х.н., профессор кафедры органической, биологической химии и методики преподавания химии Н.А.Анисимова Горно-Алтайск РИО Горно-Алтайского госуниверситета 2009 2 Печатается по решению методического совета Горно-Алтайского государственного университета ББК К Анисимова Н.А. Идентификация органических соединений: учебное пособие (для студентов, обучающихся по специальности «химия»). – ГорноАлтайск: РИО ГАГУ, 2009. 95с Составитель:

Анисимова Н.А., д.х.н., профессор Рецензент:

Тришин Ю.Г., д.х.н., профессор Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров В работе представлены учебно-методические материалы по дисциплине «Органическая химия», в том числе рабочая программа, методические указания студентам по самостоятельной работе, содержание лабораторного практикума, контрольно-измерительные материалы по темам курса, глоссарий, основная и дополнительная литература, темы рефератов и вопросы, выносимые на семестровые экзамены. Дисциплина «Органическая химия» является дисциплиной федерального компонента для студентов 3 курса специальности «химия».

© Анисимова Н.А., 2009 3 В В Е Д Е Н И Е Идентификация органических соединений является одной из важных задач химика. Она подразумевает под собой установление химического строения исследуемого соединения (наличие функциональных и нефункциональных заместителей, определение принадлежности к определённому гомологическому ряду, структуры углеродного скелета). Для умелой идентификации органических соединений начинающий химик-экспериментатор должен освоить ряд практических навыков, позволяющих осуществить качественный анализ и умений по применению спектральных параметров. От грамотного использования этих навыков и умений зависит итог проведённого исследования и, как результат, квалификация химика-синтетика. Предлагаемое пособие призвано помочь начинающему химику осуществить качественный и спектральный анализ органических соединений.

Для получения новых и уже известных соединений химик-синтетик должен уметь проверить индивидуальность исходных соединений путём сравнения их физических констант с аналогичными константами известных веществ. К таким константам относятся температура плавления, температура кипения, плотность, показатель преломления, удельное вращение и др1.

На лабораторно-практических занятиях по органическому синтезу студенты получают по разработанным методикам известные органические соединения. На основе полученных веществ студенты должны освоить навыки качественного и количественного анализа органических соединений. С помощью качественных реакций осуществляют элементный и функциональный анализ, т.е.

определяют какие элементы и функциональные группы входят в состав полученного ими соединения. Методика проведения качественного анализа органических соединений приводится в первой части данного пособия.

После отнесения вещества к определённому классу органических соединений необходимо научиться устанавливать его химическое строение. Структуру углеродного скелета и местоположение имеющихся заместителей можно установить только с использованием современных физико-химических методов.

Эта задача для химика-исследователя является важным и интересным этапом работы.

Вторая часть предлагаемого пособия поможет студентам познакомиться с основами физико-химических методов исследования и применять их для изучения тонкого строения органических соединений.

Последовательное выполнение предлагаемого эксперимента под руководством преподавателя позволит начинающему химику освоить качественный анализ органических соединений, а знакомство с основами физико-химических методов научит грамотно использовать спектральные параметры в дальнейшей научно-исследовательской работе.

Навыки определения этих констант студенты осваивают на лабораторно-практических занятиях по органическому синтезу.

Часть I. Качественный анализ органических соединений Оборудование: скальпель, газоотводные трубки, фарфоровые ступки с пестиками, стаканы, фильтровальная бумага, медная проволочка, конго красный, водяная баня, лакмусовая бумажка.

Реактивы: реактив Фелинга, хромовая смесь (100 мл 10% бихромата калия смешивают с 25 мл разб. 1:1 серной кислоты), хлорид алюминия (крист), хлорид цинка (крист), хлорид железа, аммиак (конц), нитрат серебра (раствор), бром в четыреххлористом углероде, перманганат калия (раствор), гидроксид натрия (5%, 1м, 2н), гидрокарбонат натрия (5%), нитропруссид натрия (0.5%), гексацианоферрат калия, нитрит натрия (30%), оксид меди (II) (порошок), известковая вода, сульфат железа (крист); кислоты: сульфаниловая (крист), щавелевая (крист), азотная (конц), уксусная (конц), коричная (крист), фумаровая (крист), соляная (конц, 1м, 1:1, 5%), серная (конц), муравьиная; спирты:

этиловый, бутиловый, амиловый (изоамиловый), пентанол, глицерин, гликоль, изопропиловый; углеводы: фруктоза (крист), лактоза (крист), глюкоза (крист, раствор); хлорбензол, бромбензол, ацетат свинца, малеиновый ангидрид (крист), формалин; фенолы: фенол (крист), резорцин (крист), гидрохинон (крист), - и -нафтол (крист); солянокислый метиламин (крист), фенилгидразин (крист), анилин солянокислый; растворители: эфир, пиридин, ацетон, хлороформ, четыреххлористый углерод, бензол.



Качественный анализ исследуемого соединения позволяет определить является оно органическим или неорганическим, какие элементы и функциональные группы содержит. На примере известных соединений определяют качественный элементный состав. I Этап - предварительные испытания.

1. Охарактеризуйте исследуемое вещество по внешнему виду: агрегатное состояние, окраска, запах, форма кристаллов.

2. Прокалите вещество на скальпеле.

Прокаливание и проба на свечение пламени. Нагрейте на скальпеле несколько капель или кристаллов вещества и отметьте изменение внешнего вида, окраски, запаха. Если вещество горит, то слабосветящееся, почти голубое пламя указывает на кислородосодержащие вещества (спирты, эфиры и так далее), в то время как желтое, светящееся (обычно коптящее) пламя характерно для богатых углеродом насыщенных соединений (ароматические или ацетиленовые углеводороды). Иногда при нагревании остается остаток. Его обычно дают соли органических кислот, оснований, бисульфитные производные и т.д. Если вещество не плавится, то, как правило, оно является неорганическим.

3. Определите физические константы: для твердого вещества температуру плавления (Тпл), для жидкого – показатель преломления и температуру кипения * В зависимости от количества часов, отведенных на данную тему, задания можно выполнить полностью или частично.

(Ткип). Сравните их со справочными данными3 и сделайте вывод о чистоте исследуемых соединений.

4. Исследуйте растворимость с занесением результатов в таблицу.

Исследование растворимости. Определяют растворимость вещества в различных жидкостях: воде, эфире, 5% соляной кислоте, конц. серной кислоте, 5% гидроксиде натрия, 5% бикарбонате натрия.

Пробу растворимости проводят с малыми количествами веществ (0.05-0.1 г твердого вещества или 0.2 мл жидкости) и небольшими объемами растворителя, который прибавляют порциями, и каждый раз хорошо взбалтывают.

При исследовании растворимости в кислоте или щелочи нельзя применять нагревание, так как это может вызвать гидролиз вещества.

При определении растворимости в конц. серной кислоте. Следует вначале налить в пробирку 2-3 мл кислоты, а затем вводить вещество и наблюдать за изменением температуры раствора, выделением газа или осадка, изменением окраски. Наблюдения запишите в таблицу:

Вода Эфир 5% НСl конц. Н2SO4 5% NaOH 5% NaHCOВ воде растворимы низшие спирты (содержащие до трех атомов углерода в молекуле), некоторые фенолы, карбоновые кислоты, алифатические амины.

Водные растворы исследуемых веществ пробуют на лакмус. Кислую реакцию дают растворы карбоновых кислот, а также нитрофенолы, сульфокислоты; щелочную – аминосоединения.

В эфире растворимо большинство органических веществ: малой растворимостью в эфире обладают углеводы, амино- и сульфокислоты, некоторые многоосновные ароматические кислоты, а также некоторые амиды, производные мочевины и многоатмные спирты.

В соляной кислоте и других минеральных кислотах растворяются с образованием солей амины и другие соединения основного характера.

В конц. серной кислоте растворяются слабоосновные ароматические амины, содержащие электроноакцепторные группы в ароматическом кольце. Растворение часто сопровождается разогреванием вследствие протекания химической реакции (спирты, эфиры).

В щелочах растворяются вещества кислого характера (карбоновые кислоты, фенолы и др).

В 5% растворе гидрокарбоната натрия растворяются только карбоновые кислоты и фенолы, имеющие сильные электроноакцепторные заместители в бензольном кольце.

5. Установите качественный элементный состав вещества.

Физические характеристики берут из имеющейся в лаборатории справочной литературы.

Открытие углерода и водорода. 0.2-0.3 г Исследуемого вещества смешивают в сухой пробирке с 1-2 г порошка окиси меди (или помещают между двумя ватными тампонами сухой сульфат меди). Пробирку плотно закрывают пробкой с газоотводной трубкой, ук2 репляют на штативе и конец трубки СОвводят в пробирку с известковой водой СuSОблизко к поверхности жидкости (рис.

сухой 1). Смесь нагревают сначала осторожисследуемое но, затем сильней. Появление капель на вещество холодных стенках пробирки (или приобретение голубой окраски сульфатом меди) и помутнение известковой воды свидетельствует об образовании углекислого газа и воды. Следовательно, Рис. 1. Открытие углерода и водорода.

исследуемое вещество содержит угле1-сухое горючее, 2-держатель, 3-резино- вая пробка, 4-известковая вода.

род и водород.

Открытие азота, серы, галогенов.

Чтобы определить эти элементы, органическое вещество сплавляют с металлическим натрием и переводят при этом соответствующие элементы в водорастворимые соединения (проба Лассена).

При сплавлении C, H, O, S, N, Hal с натрием образуются Na2S, NaCN, NaHal, NaSCN. Сплавление с натрием необходимо проводить в закрытом вытяжном шкафу в защитных очках.

Помещают в жаростойкую пробирку 15-20 мг вещества. Закрепляют пробирку с веществом в штативе и вносят в нее предварительно очищенный от пленки кусочек металлического натрия величиной с горошину. Осторожно нагревают пробирку в пламени (рис. 2а). Натрий плавится и реагирует с веществом (со вспышкой).

С + Na NaCN + Na2S + + N S 2г 2а 2б исследуемое 2в вещество H2О Na фильтрат Рис. 2. Сплавление с металлическим натрием. 2а-нагревание исследуемого вещества с натрием; 2б-пробирка, помещённая в фарфоровую ступку; 2в- растирание плава пестиком;





2г-фильтрование содержимого ступки.

Нагревают ещё некоторое время до появления темно-красного каления (или сильного обугливания) и раскалённую пробирку опускают в фарфоровую ступку с 5-7 мл дистиллированной воды (рис. 2б). Пробирка растрескивается, её разбивают, плав растирают пестиком (рис. 2в), и водный раствор натриевых солей отфильтровывают (рис. 2г).

Открытие азота. Нагревают 2-3 мл фильтрата до кипения с несколькими кристаллами сульфата двухвалентного железа4. Затем раствор охлаждают под струей холодной воды и по каплям добавляют разбавленную (1:1) соляную кислоту до кислой реакции. При наличии в веществе азота выпадает синий (в некоторых случаях зеленовато-синий) осадок берлинской лазури.

FeSO4 + 2NaCN Fe(CN)2 + Na2SOFe(CN)2 + 4NaCN Na4Fe(CN)жёлтая кровяная соль 3Na4Fe(CN)6 + 2Fe2(SO4)3 Fe4 Fe(CN)6 3 + 6Na2SOберлинская лазурь Открытие серы. К 1-2 мл фильтрата добавляют несколько капель раствора плюмбита натрия, который готовят из раствора уксуснокислого свинца и едкого натра; черный осадок сульфида свинца указывает на присутствие серы. Более чувствительный способ – прибавление двух капель водного раствора нитропруссида натрия с 0.5 мл щелочного фильтрата. При наличии серы появляется фиолетовое окрашивание.

Открытие галогенов. Галогены открывают в фильтрате после подкисления азотной кислотой реакцией с азотнокислым серебром. При наличии галогена выпадает осадок галогенида серебра (AgCl – белый, AgBr – жёлтый). Если вещество содержит азот, то перед проведением реакции с азотнокислым серебром следует удалить образующуюся синильную кислоту нагреванием раствора на водяной бане (в вытяжном шкафу).

Кроме того, для определения галогенов в органическом веществе можно осуществить также пробу Бейльштейна. На предварительно прокаленную медную проволочку наносят крупинку или капельку исследуемого вещества и вносят его в пламя спиртовки. Вначале пламя сильно светится от сгорания углерода, а затем появляется сине-зеленое окрашивание вследствие образования летучих соединений меди с галогенами.

Качественные реакции на кратные связи Предварительные испытания позволяют ориентировочно отнести исследуемое вещество к тому или иному классу органических соединений. Окончательный вывод можно сделать с помощью качественных реакций и обнаружения функциональных групп 5.

Если вещество содержит серу, то иногда образуется черный осадок сернистого железа.

Работа может быть выполнена вначале на примере рекомендованных веществ, а затем – при анализе контрольного набора веществ или при исследовании синтезированных соединений.

1. Качественные реакции на кратные углерод - углеродные связи (винилацетат, -нитростирол, коричная кислота и др).

а) реакция с бромом. Соединения, содержащие С=С (или СС) связь, присоединяют бром по месту разрыва кратной -связи.

Br С=С + Br2 C С Br По мере прибавления брома к соединению с кратной связью происходит быстрое обесцвечивание раствора. Реакцию обычно проводят в 5% растворе четырёххлористого углерода. Следует заметить, что некоторые непредельные соединения этой реакции не дают.

Некоторые алифатические углеводороды, не имеющие третичного атома углерода, при повышенной температуре легко вступает в реакцию замещения:

R3CH + Br2 R3CBr + HBr Аналогичная реакция идет при взаимодействии брома с ароматическими аминами, фенолами – при этом раствор также обесцвечивается, но сопровождается выделением бромоводорода, который не растворяется в четырёххлористом углероде и может быть обнаружен по конго-красному.

Опыт: 0.5 мл исследуемого вещества разбавляют в 5 мл четыреххлористого углерода и по каплям при встряхивании добавляют 5% раствор брома в четыреххлористом углеводороде. Наблюдается исчезновение окраски.

б) Реакция с перманганатом калия (реакция Вагнера) одна из качественных реакций на двойную связь. При добавлении раствора перманганата калия к непредельному соединению происходит обесцвечивание раствора. При этом появляется бурый осадок оксида марганца.

Скорость этой реакции зависит от растворимости вещества в воде (если вещество не растворимо в воде его растворяют в ацетоне).

3 С=С + 2 КМnО4 + 4H2O C C + MnO2 + 2KOH HO OH Недостатком этой реакции является положительная реакция и других классов соединений: первичные и вторичные спирты, альдегиды, тиоспирты, ароматические амины, фенолы и др.

Опыт: К 1 мл исследуемого вещества прибавляют 1 мл 5% раствора соды, а затем по каплям 1% раствор перманганата калия. Малиновая окраска исчезает.

в) Для обнаружения сопряженных диенов можно использовать реакцию диенового синтеза (реакция Дильса-Альдера) с ангидридом малеиновой кислоты.

При нагревании она завершается O O образованием кристаллического O + продукта присоединения: O O O г) Образование ацетиленидов. Ацетилен и его монопроизводные наряду с бромом и перманганатом калия можно обнаружить с помощью аммиачного раствора хлорида меди Сu(NН3)2СI и раствора Несслера (К2НgI4 в щелочном растворе) с образованием ацетиленидов, которые выпадают в осадок:

R С СН + Сu (NН3)2CI R С ССu + NН3 + NН4CI 2R С СН + К2HgI4 + 2КОН (R С С)2Hg + 2Н2О + 4КI Опыт: В две пробирки наливают раствор 2-3 мл 5% фенилацетилена (или другого производного с концевой СС связью) в спирте добавляют в одну пробирку аммиачный раствор хлорида меди (I), а в другую реактив Несслера.

Наблюдают происходящие изменения.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.