Лабораторная работа № 24 Азотсодержащие органические соединения

Часть 1. Амины, азосоединения

Цель работы

Изучение физико-химических свойств аминов и нитросоединений.

Оборудование и реактивы

Плоксодонная колба, пробирки, пробка с газоотводной трубкой, стеклянная палочка, спиртовка, водяная баня, плитка, спиртовка, спички.

Цинк Zn (гранулы) или олово Sn, ангидрид уксусной кислоты, нитробензол, анилин, β‑нафтол; растворы: соляная кислота HCl (конц.), серная кислота H₂SO₄ (разб.); гидроксид натрия NaOH (разб. и конц.); бромная вода, хромовая смесь (дихромат калия K₂Cr₂O₇ растворяют до насыщения в разб. серной кислоте, полученной из 1 мл конц. H₂SO₄ и 4 мл H₂O), нитрит натрия NaNO₂ (30%) 1%-ный хлорид железа (III) FeCl₃ (1%); индикаторы: красная лакмусовая бумага, иодкрахмальная бумага, фенолфталеина; лед; фильтровальная бумага

Экспериментальная часть²⁴

Опыт 1. Восстановление нитробензола в анилин

В пробирку поместите маленький кусочек цинка (или олова), 3 капли конц. соляной кислоты и 1 каплю нитробензола. Если реакция замедляется, то смесь нагрейте. Реакцию проведите до растворения металла, затем прилейте 2–3 капли соляной кислоты.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

К полученному раствору налейте с 2–3 капли бромной воды.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Растворимость анилина и его солей в воде

К 5–6 каплям аналина прилейте 2–3 мл воды. Тщательно перемешайте. Аналин ____________ растворяется в воде и образуется эмульсия. Красной и синей лакмусовой бумажкой проверьте реакцию среды в полученной эмульсии.

________________________________________________________________________________

Эмульсию анилина разделите на две пробирки. К первой части эмульсии аналина прилейте по каплям конц. соляную кислоту до образования хорошо расторимой в воде соли – хлорида фениламмония:

________________________________________________________________________________

В пробирку с полученной солью налейте конц. раствор гидроксида натрия:

________________________________________________________________________________

Во вторую пробирку добавьте по каплям 10%-ный раствор серной кислоты. После встряхивания и охлаждения наблюдайте выпадение ________________ осадка гидросульфата фениламмония.

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Получение ацетанилида (тяга!)

К 0,5 мл анилина прилейте по каплям 0,5 мл уксусного ангидрида, тщательно встряхните и охладите. Выпадает ________________ осадок ацетанилида.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Окисление анилина

К 2–3 каплям анилина прибавьте 1–2 капли хромовой смеси (K₂Cr₂O₇ + разб. H₂SO₄). Наблюдайте образование сложной смеси – красителя «анилинового черного» и запишите изменения окраски.

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Взаимодействие соли анилина с лигнином

На кусочек бумаги (она всегда содержит много лингина) нанесите каплю солянокислую соль анилина. Наблюдаем _____________________ окрашивание.

Повторите опыт, используя фильтровальную бумагу или ватман (чистая клетчатка).

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Диазотирование анилина

В небольшую плоскодонную колбу внесите 5 мл воды со сльдом, прилейте 1 мл анилина и перемешайте. Колбу поместите в воду со льдом и прилейте 1,5 мл конц. серной кислоты. Выпадает __________________ осадок гидросульфата фениламмония. К реакционной смеси по каплям при перемешивании и охлаждении добавьте 2,5 мл 30%-ного свежеприготовленного раствора нитрита натрия. По мере образования соли диазония (гидросульфата фенилдиазония) осадок соли анилина растворяется:

NaNO₂ + H₂SO₄ → HNO₂ + NaHSO₄

C₆H₅–NH₂ + HNO₂ + H₂SO₄ → [C₆H₅–N≡N]OSO₃H + 2H₂O

Окончание реакции диазотирования проверьте по наличию в растворе извытка азотистой кислоты с помощ иодкрахмальной бумаги: если анилин продиазотирован полностью, то на бумаге появляется____________________окрашивание. Пробу проведите через 2–3 минуты после прибавления нитрита натрия. Если иодкрахмальная бумага не синеет, добавьте еще 1–2 капли раствора нитрита натрия и вновь повторите пробу. Полученный раствор диазосоединения разделите на три части и оставьте в охлаждаемой смеси для опытов 7, 8 и 9.

Опыт 7. Разложение солей фенилдиазония

Раствор соли фенилдиазония, полученный в опыте 6, поместите в горячую водяную баню (50–60°С) и нагревайте до прекращения выделения пузырьков азота. На поверхности жидкости образуется темное маслянистое пятно с характерным запахом фенола.

[C₆H₅–N≡N]OSO₃H + H₂O →

Для доказательства образования фенола добавьте каплю раствора хлорида железа (III). ________________________________________________________________________________

Опыт 8. Получение п-гидроксиазобензола

В пробирку поместите несколько кристаллов фенола и добавьте 2 мл раствора гидроксида натрия до полного растворения фенола.

________________________________________________________________________________

Полученный раствор прилейте к соли диазония (гидросульфата фенилдиазония) из опыта 6 – образуется п-гидроксиазобензол:

[C₆H₅–N≡N]OSO₃H + С₆H₅–ONa → + Na₂SO₄ + H₂O

Опыт 9. Получение кислотного азокрасителя (судан I)

В пробирке растворите несколько кристаллов β-нафтола в 3 каплях раствора гидроксида натрия. К полученному раствору прилейте 2–3 капли ранее полученного гидросульфата фенилдиазония.

________________________________________________________________________________

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Написать схему перехода от метана к нитрометану и укажите условия.

2. Написать структурные формулы а) 2-нитробутана, б) 3,3-диметил-2-нитропентана, в) 3,5-диметил-2-нитрогексана, г) 4-нитропентена-2.

3. Привести уравнения реакций всех известных способов получения метиламина.

4. Привести уравнения реакций получения этиламина и 2-аминогексана из соответствующих спиртов и нитросоединений.

5. Написать структурные формулы: а) изопентиламина, б) втор-бутиламина, в) диметилизобутиламина.

6. Написать структурные формулы всех известных аминов, которые отвечают составу C₄H₁₁N. На примере одного из них покажите, что амины проявляют свойства оснований.

7. Составить уравнения реакций: а) 1-бромпропан + диметиламин; б) пропиламин + азотистая кислота. Назвать продукты.

8. Предложить химические методы выделения в чистом виде трипро-пиламина из смеси с пропиламином и дипропиламином.

9. Привести уравнения реакций получения амида бутановой кислоты.

10. Как из метилбензола получить амид бензойной кислоты?

11. Какой продукт получится при нитровании анилина азотной кислотой в конц. серной кислоте?

12. На нейтрализацию 50 г смеси бензола, фенола и анилина пошло 49,7 мл 17%-ной соляной кислоты (пл. = 1,08 г/мл). При взаимодействии такого же количества смеси с избытком бромной воды образовался осадок массой 99,1 г. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

13. Через 10 г смеси бензола, фенола и анилина пропустили ток сухого хлороводорода; при этом выпало 2,59 г осадка. Осадок отделили от раствора фильтрованием, а жидкий фильтрат обработали избытком раствора гидроксида натрия. Верхний органический слой отделили, его масса уменьшилась на 4,7 г. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

14. При пропускании сухого газообразного хлороводорода в смесь анилина, бензола и фенола выделяется осадок массой 5,18 г. После отделения осадка на нейтрализацию фильтрата было затрачено 7,21 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,11 г/мл). Газ, выделившийся при сжигании такого же количества смеси, образует с известковой водой осадок массой 90 г. Вычислите массовые доли компонентов исходной смеси.

15. В 150 г смеси бензола, фенола и анилина пропустили избыток сухого хлороводорода; при этом выпало 38,85 г осадка. Фильтрат обработали избытком бромной воды, при этом образовался новый осадок массой 29,79 г. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

16. В 100 г смеси анилина, бензола и фенола пропустили сухой хлороводород. При этом образовалось 51,8 г осадка, который отфильтровали. Фильтрат обработали бромной водой, при этом получили 19,86 г осадка. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

17. Анилин, полученный восстановлением нитробензола массой 17 г, был полностью прогидрирован. Газообразные продукты горения полученного соединения после приведения к нормальным условиям заняли объем 7 л. Каков выход реакции восстановления нитробензола, если выходы остальных реакций равны 100%?

18. Смесь метиламина, аминоуксусной кислоты и этилацетата массой 20 г может прореагировать с 4,93 л (н.у.) хлороводорода, а 40 г той же смеси могут прореагировать с 300 мл 1,4 М раствора гидроксида калия. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

19. Нитробензол массой 24,6 г восстановили до анилина, который затем полностью прогидрировали. После пропускания продуктов сгорания получившегося продукта через трубку с оксидом фосфора(V) масса последней увеличилась на 17,82 г. Определите выход целевого продукта на первой стадии (в %), считая, что последующие реакции протекали со 100%-ным выходом.

20. Смесь толуола, фенола и анилина массой 12 г обработали избытком 0,1 М раствора соляной кислоты, при этом масса органического слоя уменьшилась на 3,7 г. При обработке высушенного органического слоя металлическим натрием выделилось 537 мл газа (30 °С, 95 кПа). Найдите массовые доли веществ в исходной смеси.

Пример. Через 10 г смеси бензола, фенола и анилина пропустили ток сухого хлороводорода, при этом выпало 2,59 г осадка. Его отфильтровали, а фильтрат обработали водным раствором гидроксида натрия. Верхний органический слой отделили, его масса уменьшилась на 4,7 г. Определите массы веществ в исходной смеси.

Решение

Дано: m(смеси) = 10 г m(осадка) = 2,59 г ∆m = 4,7 г m(бензола) – ? m(фенола) – ? m(анилина) – ?

Решение: C6H5NH2 + HCl → C6H5NH3Cl ↓. v(C6H5NH3Cl) = 2,59/129,5 = 0,02 моль, следовательно v(C6H5NH2) = 0,02 моль, m(C6H5 NH2) = 0,02 • 93 = 1,86 г. Уменьшение массы органического слоя на 4,7 г произошло за счет реакции фенола с гидроксидом натрия: С6Н5ОН + NaOH → C6H5ONa + Н2О. Фенол перешел в водный раствор в виде фенолята натрия, m(С6Н5ОН) = 4,7 г. m(С6Н6) = 10 – 4,7 – 1,86 = 3,44 г. Ответ: 1,86 г анилина, 4,7 г фенола, 3,44 г бензола.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________