Идентификация органических соединений (4 курс 1 семестр, Оразова Найла Абдрасиловна)

Цель работы: 1 Познакомить с лабораторными способами получения  этилена, ацетилена и качественными реакциями на кратные (С = С, С≡С) связи в молекулах углеводородов. 2 Закрепить знания по способам получения и химическим свойствам алифатических углеводородов. 3 Выработать навыки обращения с химической посудой, реактивами. 4 Ознакомить с побочными процессами, проходящими при получении углеводородов, со способами утилизации отработанных реактивов. 5 Привить навыки работы со справочной литературой и развить умение формулировать выводы из проделанной работы.

Ознакомиться видео-опытами по ссылкам:

1. Р  

2. Реакция с перманганатом калия (реакция Вагнера)

 

3. 

4. 

5. 

Получение алкенов по механизму реакций элиминирования определяется рядом условий: природой уходящей группы, природой растворителя, строением соединения, а в случае дегидратации – концентрацией серной кислоты. Образование алкена при дегидратации спирта протекает по механизму Е1. Как побочный процесс идет реакция замещения с образованием простого эфира. Преобладание реакций дегидратации над реакциями замещения возрастает при переходе от первичных к третичным спиртам. При повышении температуры также получают развитие реакции элиминирования. Например, при температуре 130 °С из этанола образуется диэтиловый эфир, а при температуре 160 °С – этилен. Образование алкенов из галогеналканов, солей аммония, фосфония, сульфония протекает по механизму Е2. В качестве оснований, отщепляющих протон, используются амины, соли карбоновых кислот, феноляты, алкоголяты, щелочи. Из галогеналканов образуются алкены по правилу Зайцева. Выход алкена по правилу Зайцева увеличивается от хлора к йоду. Наиболее общим способом получения алкинов является действие спиртового раствора щелочей на дигалогенпроизводные предельных углеродов с вицинальным или геминальным (оба атома галогена у одного атома углерода) расположением атомов (по правилу Зайцева). Кроме того, алкины можно получить действием галогеналкилов на ацетилениды, что дает возможность переходить от простых алкинов к более сложным. Ацетилен можно получить непосредственно при высокотемпературном крекинге метана, а также при гидролизе карбида кальция. Алканы проявляют большую инертность. В обычных условиях они не реагируют ни с галогенами, ни с окислителями, ни с концентрированными минеральными кислотами. Лишь в особых, жестких условиях они вступают в реакции замещения атомов водорода. Непредельные углеводороды, напротив, очень реакционноспособны и вступают в реакции присоединения, полимеризации, окисления, замещения

Получение этилена и его свойства Этилен широко используется в органическом синтезе и поэтому получается в промышленности в больших количествах крекингом углеводородного сырья. В лабораторных условиях этилен часто получают дегидратацией этилового спирта концентрированной серной кислотой. Для того, чтобы в большей мере протекала основная реакция, необходимо применять концентрированную серную кислоту (для первичных спиртов – 92…96 %), высокую температуру (для этилового спирта – 60…180 °С), избыток серной кислоты. Однако и при этих условиях не удается избежать побочной реакции образования диэтилового эфира.

CH3CH2OSO3H + C2H5OH →C2H5OC2H5 + H2SO4

Методика выполнения работы В колбу Вюрца (500 см3 ) налейте 10 см3 этилового спирта и 20 см3 серной кислоты, насыпьте (аккуратно, чтобы не загрязнить горловину колбы) 10 г прокаленного кварцевого песка или несколько кусочков пемзы. Колбу поместите в песчаную баню. Горловину колбы закройте пробкой с капельной воронкой, к отводу колбы присоедините газоотводную трубку. В капельную воронку налейте смесь спирта (30 см3 ) и серной кислоты (30 см3 ). Газоотводную трубку присоедините к промывным склянкам с растворами перманганата калия, бромной воды, аммиачным раствором хлорида меди (I) или нитрата серебра (рис. 21). Нагрейте колбу до температуры 160 °С и поддерживайте эту температуру в течение всего опыта. Отметив интенсивное развитие реакции,

 

Качественные реакции на кратные углерод - углеродные связи (винил-

ацетат, -нитростирол, коричная кислота и др).

   а) реакция с бромом. Соединения, содержащие С=С (или С≡С) связь, при-

соединяют бром по месту разрыва кратной π-связи.

                                            

                         С=С + Br2  →         Br -C -С -Br

    По мере прибавления брома к соединению с кратной связью происходит

быстрое обесцвечивание раствора. Реакцию обычно проводят в 5% растворе че-

тырёххлористого углерода. Следует заметить, что некоторые непредельные сое-

динения 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 ами-

нами, фенолами – при этом раствор также обесцвечивается, но сопровождается

выделением бромоводорода, который не растворяется в четырёххлористом уг-

лероде 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 четы-

реххлористом углеводороде. Наблюдается исчезновение окраски.

   б) Реакция с перманганатом калия (реакция Вагнера) одна из качественных

реакций на двойную связь. При добавлении раствора перманганата калия к неп-

редельному соединению происходит обесцвечивание раствора. При этом появ-

ляется бурый осадок оксида марганца.

   Скорость этой реакции зависит от растворимости вещества в воде (если

вещество не растворимо в воде его растворяют в ацетоне).

       3 Н2С=СН2 + 2 КМnО4 + 4H2O  →3 HO- CН2 -CН2- OH + MnO2 + 2KOH

                                      

Недостатком этой реакции является положительная реакция и других классов

соединений: первичные и вторичные спирты, альдегиды, тиоспирты, аромати-

ческие 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 дие-

нового синтеза (реакция Дильса-Альдера) с ангидридом малеиновой кислоты.

При нагревании она завершается образованием      кристаллического продукта присоединения:

        

     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)2Cl → R-С≡ССu + NН3 + NН4Cl,

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 С≡С связью) в спирте добавляют в одну про-

бирку аммиачный раствор хлорида меди (I), а в другую реактив Несслера.

Наблюдают происходящие изменения.

 Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте правило номенклатуры ИЮПАК образования названий: алканов, алкенов, алкадиенов, алкинов, аренов. Приведите примеры.

2. Перечислите особенности (тип гибридизации атомных орбиталий (АО) углерода, характер связей, валентные углы) строения молекул: а) метана; б) этилена; в) бутадиена – 1,3; г) ацетилена.

3. Напишите уравнения реакции получения всеми возможными способами: а) этана; б) пропилена; в) бутадиена – 1,3; г) пропина;Укажите области применения углеводородов.

4. Охарактеризуйте химические свойства алканов (на примере метана, пропана). Приведите уравнения реакций, укажите условия: а) горения; б) сульфирования; в) сульфохлорирования; г) нитрования (по Коновалову).

5. Охарактеризуйте химические свойства алкенов (на примере пропилена). Приведите уравнения реакций и укажите условия: а) присоединения (H2, Br2, H2O2, HBr, H2O); б) горения; в) хлорирования; г) озонирования; д) полимеризации.

6. Охарактеризуйте химические свойства диеновых углеводородов (на примере бутадиена – 1,3), напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения: а) присоединения (H2, Br2, HBr); б) горения; в) озонирования с последующим гидролизом образующихся продуктов. Какие вещества называются каучуками? Приведите примеры.

7. Охарактеризуйте химические свойства алкинов (на примере пропина), напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения: а) присоединения (H2, Br2, HBr, H2O); б) горения; в) замещения (с аммиачным раствором AgNO3); г) озонирования с последующим гидролизом образующихся продуктов.