Лабораторная работа 3. Ароматические углеводороды (арены)

Приборы и реактивы: водяная баня, пробирки, пробки с вертикальными газоотводными трубками, толуол, ксилол, нафталин, концентрированные серная и азотная кислоты, раствор брома в четыреххлористом углероде, железный порошок, 5% раствор KMnO₄, 1 м H₂SO₄.

Опыт1. Окисление ароматических углеводородов.

В две пробирки помещают по 1 мл раствора перманганата калия и по 1 мл серной кислоты. Затем в одну из них добавляют толуол, а в другую ксилол. Пробирки закрывают пробками со вставленными вертикально стеклянными трубками и нагревают на водяной бане. В пробирках наблюдается побурение и выпадение осадка. В какой из пробирок реакция произошла быстрее?

Напишите схемы реакций взаимодействия перманганата калия с толуолом, ксилолом.

Опыт 2. Бромирование ароматических углеводородов.

а) Пробирку с 1 мл толуола и 2 мл раствора брома в четыреххлористом углероде закрывают пробкой со вставленной в нее вертикальной трубкой и нагревают на водяной бане. Галоидирование сопровождается выделением бромоводорода (лакмусовая бумажка). Через 10-15 минут нагревание прекращают, в пробирку погружают полоску фильтровальной бумаги так, чтобы она пропиталась жидкостью. Вынув бумагу, подсушивают ее на воздухе. Осторожно нюхают бумажку. Легколетучие компоненты испаряются, остается резкий запах бромистого бензила, раздражающего слизистые оболочки носа.

б) Во вторую пробирку помещают 1 мл толуола, 2 мл раствора брома в ССl₄ и 0,2 г железных опилок. Пробирку закрывают пробкой с вертикальной трубкой и нагревают ее на водяной бане. Происходит энергичное выделение бромоводорода (лакмусовая бумажка). Смесь нагревают 10-15 мин, а затем полоску фильтровальной бумаги смачивают содержимым пробирки. Бумагу подсушивают и отмечают запах вещества, отличающего от толуола и не раздражающего слизистые оболочки.

Напишите уравнения реакций бромирования толуола без катализатора и с катализатором. Объясните роль катализатора при галоидировании ароматических углеводородов в ядро.

Рассмотрите механизмы галоидирования толуола с катализатором и без него. Образование каких изомеров возможно при бромировании толуола в ароматическое ядро?

Опыт 3. Сульфирование ароматических углеводородов.

В пробирки помещают по 1 мл толуола и ксилола и добавляют по 4 мл концентрированной серной кислоты. Пробирки закрывают пробками с вертикально вставленными трубками и нагревают на кипящей водяной бане, часто встряхивая смесь. Отмечают время полного растворения углеводорода в серной кислоте. Пробирки охлаждают и вещества из них выливают в стаканы, содержащие по 20 мл воды.

Какой цвет получившейся смеси? Выделяется ли исходный углеводород или продукт реакции? Сделайте вывод о легкости сульфирования различных углеводородов. Объясните механизм реакции.

Опыт 4. Нитрование толуола.

Готовят нитрующую смесь из 1,5 мл концентрированной азотной и 2 мл концентрированной серной кислот. В пробирку с 1 мл толуола по каплям при встряхивании реакционной смеси добавляют нитрующую смесь. Затем пробирку закрывают пробкой с вертикальной трубкой и нагревают на водяной бане, часто встряхивая. Через 15 минут выливают реакционную смесь в воду. Отмечают цвет полученных нитротолуолов.

Напишите схему реакции нитрования толуола. Рассмотрите механизм реакции. Как влияет строение ароматического соединения на легкость нитрования?

Опыт 5. Химические свойства нафталина.

а) Сульфирование нафталина.

К 0,5-1 г нафталина добавляют 4 мл концентрированной серной кислоты, после чего нагревают все пробирки до 80^оС на водяной бане при частом и сильном встряхивании. Нафталин сначала частично затвердевает на стенках пробирки выше уровня жидкости, и его следует повторно расплавить, осторожно нагревая эти места. Углеводороды при встряхивании образуют с кислотой эмульсию и постепенно растворяются. Отмечают время для полного растворения нафталина. Когда растворение закончилось, охлаждают пробирку. Затем выливают содержимое пробирки в стаканчик с 10-15 мл холодной воды и отмечают, выделяются ли исходный углеводород или продукт реакции. Сульфогруппа вводится в молекулу нафталина при температурах ниже 100^оС исключительно в положение 1 ().

б) Получение -нафталинсульфокислоты.

Около 1 г нафталина нагревают в сухой пробирке до плавления, затем охлаждают и добавляют к затвердевшему нафталину равный объем (около 1 мл) концентрированной серной кислоты. Очень осторожно нагревают смесь на спиртовке, при встряхивании, в течение 1-2 мин до достижения полной однородности, затем дают отстыть, добавляют к полученной густой темной жидкости 2 мл воды и снова слегка нагревают смесь. При охлаждении до 15-20^оС выделяются кристаллы -нафталинсульфокислоты. Получается кристаллогидрат с тремя молекулами воды.

в) Получение -нитронафталина.

К 2 мл концентрированной азотной кислоты добавляют 0,5 г нафталина в порошке; при встряхивании смесь начинает желтеть уже на холоду. Нагревают смесь на кипящей водяной бане 5 мин. при частом встряхивании и затем выливают в четырехкратный объем холодной воды.

Нитронафталин выделяется в виде оранжевого масла, быстро твердеющего при встряхивании. Выход почти теоретический. Дополнительно продукт можно очистить перекристаллизацией из водного спирта.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. СПИРТЫ, ФЕНОЛЫ И АМИНЫ

Приборы и реактивы: этиловый спирт, пропиловый (изопропиловый) спирт, бутиловый спирт, амиловый (изоамиловый) спирт, абсолютный этиловый спирт, металлический натрий, 1% раствор иода в иодиде калия, 1% спиртовый раствор фенолфталеина, концентрированная серная кислота, карбонат бария, соляная кислота (1:1), глицерин, 2% раствор CuSO₄, 10% раствор NaOH, фенол, 1-5% растворы фенола, резорцина, 5% раствор FeCl₃, 10% раствор H₂SO₄, 5% раствор NaNO₂, хромовая смесь, пробирки, прямые газоотводные трубки, фарфоровые чашки, лакмусовая бумага (универсальный индикатор), пипетки.

Опыт 1. Растворимость спиртов, отношение их к индикаторам и горение. Растворимость иода в спиртах.

а) В четыре пробирки наливают по 0,5 мл спиртов: этилового, пропилового (изопропилового), бутилового, амилового (изоамиового). Отмечают запах спиртов. Амиловый (изоамиловый) спирт раздражает дыхательные пути, вызывает кашель, поэтому нюхать спирты надо осторожно. В каждую пробирку добавляют по 1 мл воды и содержимое пробирок встряхивают.

Сделайте вывод о растворимости спиртов в воде.

б) Из каждой пробирки стеклянной палочкой наносят по капле растворов на синюю лакмусовую бумагу. В пробирки добавляют по 1 капле раствора фенолфталеина.

Изменяется ли окраска индикаторов?

в) В фарфоровые чашки или тигли наливают по 2 мл спиртов, располагая их в порядке увеличения их молекулярной массы (этиловый, пропиловый, бутиловый, амиловый). Поджигают спирты и сравнивают характер пламени.

Объясните опыт. Рассчитайте процентное содержание углерода в спиртах, использованных для опыта. Напишите уравнения реакций горения спиртов.

г) В пробирки со спиртами добавляют по 0,5 мл раствора иода в иодиде калия и встряхивают их. Что вы наблюдаете?

Опыт 2. Образование и гидролиз алкоголятов.

В три сухие пробирки наливают по 1-2 мл спиртов: в первую абсолютный этиловый, во вторую - пропиловый (изопропиловый), в третью - амиловый (изоамиловый). В каждую пробирку вносят по маленькому кусочку (размером 3-4 мм) очищенного от оксидного слоя металлического натрия. Пробирки закрывают пробками с газоотводными трубками, концы которых оттянуты.

Почему для этого опыта нельзя брать спирт ректификат, а нужно брать абсолютный этиловый спирт? Отметьте, в какой пробирке реакция идет наиболее интенсивно и в какой - медленно.

Через 1-2 мин после начала реакции поджигают выделяющийся газ у отверстия газоотводных трубок. Если реакция этанола с натрием сильно замедлится, можно слегка подогреть пробирку.

Напишите уравнения взаимодействия спиртов с металлическим натрием. Как расщепляется С-О-Н связь в этой реакции? Какие свойства спиртов (основные, кислотные) проявляются в реакции с металлическим натрием? Почему спирты реагируют с натрием спокойнее воды?

Добавляют в пробирки по 1 капле фенолфталеина. Изменяется ли окраска раствора?

Доводят реакцию этанола с натрием до конца. Для этого открывают пробирку (снимают пробку) и осторожно нагревают ее. Кусочков натрия в пробирке не должно быть! Добавляют в пробирку 1-1,5 мл воды и растворяют в ней этилат натрия. Если окраска не появляется, добавляют 1 каплю раствора фенолфталеина.

Напишите уравнение реакции взаимодействия этилата натрия с водой. Объясните, почему появляется окраска с фенолфталеином.

Опыт 3. Получение и свойства этилсерной кислоты.

В пробирку с 1 мл этилового спирта осторожно, по каплям, при встряхивании, приливают 1 мл концентрированной серной кислоты. Разогревшуюся смесь нагревают 2-3 мин на водяной бане, затем охлаждают. Полученный раствор выливают в небольшой стакан с 25 мл воды и нейтрализуют сухим ВаСО₃, который добавляют небольшими порциями при энергичном перемешивании смеси стеклянной палочкой (реакционная смесь вспенивается - выделяется углекислый газ). Когда выделение газа прекратится, реакция должна быть нейтральной (по лакмусу).

Напишите уравнения реакций образования этилсерной кислоты и ее бариевой соли.

Отфильтровывают часть жидкости через плотный фильтр в две пробирки. В одну из них добавляют 0,5-1 мл 10% раствора серной кислоты; выпадает осадок.

Напишите уравнение его образования. Какие ионы находятся в фильтрате?

К другой части фильтрата добавляют 1 мл раствора соляной кислоты (1:1) и нагревают прозрачный кислый раствор в кипящей водяной бане. Через некоторое время выделяется осадок сульфата бария.

Напишите уравнение реакции гидролиза в кислой среде бариевой соли этилсерной кислоты. При комнатной температуре гидролиз идет медленно: осадок сульфата бария выделяется лишь через несколько дней.

Опыт 4. Реакции окисления спиртов.

В две пробирки наливают по 2-3 мл хромовой смеси и по каплям, при встряхивании, добавляют в пробирку 0,5 мл этилового спирта (осторожно! Смесь сильно разогревается!), а во вторую - 0,5 мл изоамилового (амилового) спирта. Цвет растворов меняется из оранжевого в зеленый, в пробирке с этиловым спиртом ощущается запах уксусного альдегида, напоминающий запах яблок (нюхать осторожно!), а в пробирке с изоамиловым (амиловым) спиртом - специфический запах.

Напишите уравнения реакций окисления хромовой смесью этилового спирта в уксусный альдегид, а изоамилового (амилового) спирта - в изовалериановый (валериановый) альдегид. Подберите коэффициенты.

Опыт 5. Получение глицерата меди.

В пробирку наливают 3-4 капли 2% раствора CuSO₄ и 2-3 мл 10% раствора NaOH. К образовавшемуся голубому осадку приливают несколько капель глицерина и смесь перемешивают. Осадок растворяется и появляется васильковое окрашивание раствора от образующего комплексного соединения глицерата меди.

Напишите уравнения происходящих реакций, укажите, какие свойства глицерина проявляются.

Опыт 6. Реакция фенолов с хлоридом железа (lll).

В пробирки наливают по 1 мл 1-5% растворов фенола, резорцина и прибавляют по 1 капле 5% раствора хлорида железа (lll). Появляется интенсивное окрашивание. Отмечают цвет в каждой пробирке. В пробирки наливают соляную кислоту. Растворы обесцвечиваются.

Напишите уравнения взаимодействия фенолов с хлоридом железа (lll). Чем объясняется появление яркой окраски? Объясните, почему исчезает окраска при добавлении соляной кислоты.

Опыт 7. Реакция фенола с азотистой кислотой.

В пробирку помещают 0,5 мл концентрированной серной кислоты и при охлаждении добавляют 2-3 капли раствора фенола. К полученному бесцветному раствору при охлаждении добавляют каплю раствора нитрита натрия. Образуется интенсивно окрашенная смесь. Напишите уравнение реакции.

Опыт 8. Образование и разложение фенолятов.

К 0,1-0,3 г фенола прибавляют 1-2 мл 2 м раствора гидроксида натрия. Постепенно происходит растворение фенола. Смесь нагревают до получения однородной жидкости. К охлажденному раствору приливают разбавленную серную кислоту. Наблюдают помутнение раствора.

Напишите уравнение реакции образования фенолята натрия. Объясните причину помутнения смеси при реакции с серной кислотой.

АМИНЫ / дополнительный раздел/

Реактивы и приборы: ацетамид, этиловый спирт, металлический натрий, нитробензол, железный порошок, концентрированная соляная кислота, дифениламин, этиловый спирт, 10% раствор NaOH, анилин, концентрированная серная кислота, K₂CrO₇, NaCl, пробирки, пробка с изогнутой газоотводной трубкой, стаканы, водяная баня.

Опыт 9. Получение этиламина из ацетамида.

В пробирке растворяют 0,2 г ацетамида в 2 мл этилового спирта. Затем вносят в раствор 2 кусочка очищенного металлического натрия размером со спичечную головку и быстро закрывают пробирку пробкой с изогнутой газоотводной трубкой, конец которой опускают в пробирку-приемник, содержащую 1 мл этилового спирта. Пробирку с реакционной смесью периодически встряхивают. Реакцию ведут до полного исчезновения металлического натрия. Отмечают запах раствора в пробирке-приемнике. Полученный спиртовый раствор этиламина используют в последующих опытах.

Напишите уравнения реакций взаимодействия этилового спирта с натрием, восстановления ацетамида водородом (водород в момент выделения).

Опыт 10. Получение анилина.

В пробирку помещают 0,5 мл нитробензола, 4 мл концентрированной соляной кислоты, 1 г железных опилок. Пробирку закрывают пробкой с вертикальной газоотводной трубкой. Смесь нагревают на водяной бане при встряхивании до исчезновения запаха нитробензола. Охладив смесь, добавляют концентрированный раствор гидроксида натрия до щелочной реакции по лакмусу. Выпадают гидроксиды железа. Анилин отгоняют с водяным паром в пробирку с водой. Анилин высаливают хлоридом натрия. Он всплывает в виде желтого масла.

Опыт 11. Окисление анилина.

В пробирке встряхивают 0,5 мл анилина с 5 мл воды. К 1 мл полученной эмульсии прибавляют 4 мл хромовой смеси (K₂Cr₂O₇ в H₂SO₄). Смесь нагревают, цвет изменяется. При дальнейшем нагревании выпадает осадок - черный анилин (краситель).

Напишите уравнение реакции образования черного анилина.

Опыт 12. Образование и разложение солей ароматических аминов.

а) Эмульсию анилина, полученную в предыдущем опыте, делят на две части. К одной части прибавляют при встряхивании концентрированную соляную кислоту. Постепенно эмульсия превращается в однородную жидкость. При добавлении к ней раствора гидроксида натрия жидкость мутнеет. К другой части эмульсии анилина добавляют по каплям при встряхивании разбавленную серную кислоту. Выпадает белый осадок. При добавлении раствора гидроксида натрия осадок растворяется и жидкость мутнеет.

б) В пробирке растворяют 0.1 г дифениламина в 2 мл спирта. К раствору добавляют воду до появления белой мути от выделения дифениламина. При прибавлении по каплям концентрированной соляной кислоты белый осадок растворяется, но при разбавлении раствора водой вновь выделяется.

Объясните все происходящие процессы. Сравните основные свойства ароматических аминов. Напишите уравнения получения солей аминов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5. ОКСОСОЕДИНЕНИЯ

Оборудование и реактивы: этиловый спирт, 10% и 40% растворы формальдегида, порошок параформа, ацетон, фуксинсернистая кислота, K₂Cr₂O₇, 10% раствор H₂SO₄, насыщенный раствор NaHSO₃, порошок Na₂CO₃, NH₂OH*HCl, концентрированный раствор NH₃, 1% раствор резорцина, раствор Br₂ в CCl₄, 2% раствор CuSO₄, 10% раствор NaOH, соляная кислота (1:1), карбамид, водяная баня, пробирки, стаканы, спираль из медной проволоки, фарфоровые чашки, асбестовые сетки, фильтровальная бумага.

Опыт 1. Получение альдегидов и цветные реакции на них.

а) Реакция альдегидов с фуксинсернистой кислотой. В две пробирки наливают по 1 мл фуксинсернистой кислоты и в одну добавляют несколько капель 10% раствора формальдегида. Пробирки ставят в штатив. Во вторую пробирку к фуксинсернистой кислоте добавляют раствор уксусного альдегида из опыта 26(в) и тоже оставляют ее. Через несколько минут в пробирке с формальдегидом появляются фиолетовая окраска, а в пробирке с уксусным альдегидом - розово-фиолетовая.

При добавлении к окрашенным растворам по 0,5 мл концентрированной соляной кислоты происходят следующие изменения: окраска в пробирке с формальдегидом переходит в фиолетово-синюю, а с уксусным альдегидом через несколько минут она исчезает.

Объясните результаты опыта. Что представляет собой фуксинсернистая кислота? Почему при добавлении альдегидов к бесцветной фуксинсернистой кислоте появляется окраска?

б) Цветная реакция на формальдегид с резорцином. В пробирку наливают 3 мл 0,5% раствора резорцина и 1 мл 10% раствора формальдегида. Пипеткой осторожно по стенке добавляют 1-2 мл концентрированной серной кислоты. На границе двух жидкостей появляется малиновое кольцо.

Напишите уравнение взаимодействия 1 моля резорцина с 1 молем формальдегида.

в) Получение уксусного альдегида окислением этилового спирта оксидом меди (ll). Смачивают стенки сухой пробирки этиловым спиртом. Нагревают спираль из медной проволоки в пламени горелки до образования на ее поверхности черного налета оксида меди (11). Раскаленную докрасна спираль опускают в подготовленную пробирку. Эту операцию повторяют несколько раз. Этиловый спирт превращается в ацетальдегид, имеющий запах яблок при небольшой концентрации.

Какие изменения происходят с медной спиралью при проведении опыта?

Для обнаружения ацетальдегида в пробирку наливают 1 мл раствора фуксинсернистой кислоты. Через некоторое время появляется розово-фиолетовая окраска.

Напишите уравнение окисления этилового спирта в ацетальдегид. Подберите коэффициенты.

г) Получение уксусного альдегида окислением этилового спирта хромовой смесью. В пробирку насыпают 0,5 г дихромата калия, приливают 2 мл 10 % раствора серной кислоты и постепенно при встряхивании - 2 мл этанола. Происходит разогревание смеси и изменение ее окраски. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной изогнутой трубкой, конец которой опущен в пробирку-приемник с 2 мл воды. Приемник находится в стакане с ледяной водой. Осторожно нагревают пробирку с реакционной смесью и отгоняют летучие продукты в течение 2-3 минут. Раствор полученного уксусного альдегида используют для дальнейших опытов.

Опыт 2. Реакции нуклеофильного присоединения к карбонильной группе.

В пробирку наливают 3 мл насыщенного раствора гидросульфита натрия и при энергичном встряхивании добавляют 1 мл ацетона. Смесь разогревается. При охлаждении ее в ледяной воде выпадает кристаллический осадок. Если осадок сразу не появляется, то кристаллизацию вызывают потиранием стеклянной палочкой стенки пробирки.

Напишите уравнение реакции взаимодействия гидросульфита натрия с ацетоном и рассмотрите ее механизм (А_N). Будет ли идти реакция, если вместо ацетона взять метилэтилкетон и диэтилкетон?

Отфильтровывают кристаллы гидросульфитного производного ацетона и переносят в две пробирки. В одну из них приливают 1 мл 10% раствора соляной кислоты, в другую - 1 мл 10% раствора карбоната натрия. Слегка нагревают пробирки и отмечают запах выделяющихся паров. (Нюхать осторожно!)

Опыт 3. Реакция замещения карбонильного кислорода. Получение оксима ацетона.

В пробирке растворяют 1 г солянокислого гидроксиламина в 3 мл воды. Кислый раствор нейтрализуют примерно 0,7 г безводного карбоната натрия, добавляя его небольшими порциями. При встряхивании выделяется диоксид углерода. Пробирку с полученным раствором охлаждают в стакане с ледяной водой. Затем добавляют к полученному раствору около 0,7 мл ацетона (при встряхивании). Смесь разогревается, снова выделяется диоксид углерода, появляются бесцветные кристаллы оксима ацетона. При охлаждении пробирки количество кристаллов увеличивается. Оксим ацетона имеет слабый запах.

Напишите уравнение реакции образования оксима ацетона и рассмотрите ее механизм.

Опыт 4. Реакция замещения атома водорода в карбонильных соединениях. Получение бромацетона (тяга!). В сухую пробирку наливают 1 мл 3% раствора брома в четыреххлористом углероде и добавляют несколько капель ацетона. Пробирку слегка нагревают, выделяющийся бромоводород обнаруживают по покраснению влажной лакмусовой бумаги, поднесенной к отверстию пробирки. Когда жидкость обесцветится, смачивает ею полоску фильтровальной бумаги и после испарения растворителя (четыреххлористого углерода) осторожно нюхают: бромацетон имеет специфический запах и обладает слезоточивым действием. Остатки бромацетона гидролизуют 10% раствором едкого натра.

Напишите уравнение реакции получения бромацетона.

Опыт 5. Окисление формальдегида гидроксидом меди (ll). В пробирку наливают 2 мл 5% раствора формальдегида, 2 мл 10% раствора гидроксида натрия и при встряхивании добавляют по каплям 2% раствор медного купороса до появления неисчезающей взвеси. Верхнюю часть жидкости нагревают до начинающегося кипения. Голубая окраска меняется на желтую (осадок), затем на красную (осадок). Эта реакция является качественной реакцией на альдегиды.

Какие соединения меди имеют голубую, желтую и красную окраску? Напишите уравнение реакции окисления формальдегида гидроксидом меди (11). Подберите коэффициенты.

Опыт 6. Конденсация формальдегида с мочевиной (тяга!). В пробирку вносят 2 г мочевины и наливают 8 мл формалина, 1 мл 25 % раствора аммиака и кипятильники (кусочки битого фарфора). Пробирку укрепляют наклонно в лапке штатива и осторожно кипятят смесь в течение 15 минут, объем раствора при этом уменьшится на треть. В пробирку добавляют 3 капли насыщенного раствора щавелевой кислоты и нагревают на водяной бане при 50-60^оС в течение 5-10 минут. Реакционная смесь превращается в стекловидную массу. Пробирку охлаждают, добавляют 4 мл воды и проверяют растворимость продуктов реакции в воде.

Напишите схемы реакций образования метилмочевины и мочевиноформальдегидной смолы.

Опыт 7. Получение уротропина и его гидролиз. В фарфоровую чашечку наливают 5 мл формалина и при помешивании стеклянной палочкой добавляют концентрированный раствор аммиака до появления запаха аммиака. Выпаривают воду из реакционной смеси на асбестовой сетке. В процессе упаривания смесь помешивают стеклянной палочкой. Смесь осторожно выпаривают досуха. Выпавшие кристаллы разделяют на две части. В одну из пробирок добавляют 1 мл 10% раствора серной кислоты, в другую - 1 мл 10% раствора гидроксида натрия. Нагревают пробирки до кипения и по запаху (осторожно !) определяют вещества, выделяющиеся из реакционной смеси.

Напишите уравнения реакций получения уротропина (гексаметилентетраамина) и его гидролиза в кислой среде.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Реактивы и оборудование: карбоновые кислоты: муравьиная, уксусная, щавелевая, олеиновая; хлороформ, концентрированная серная кислота, известковая вода, 10% раствор NaOH, 1% раствор AgNO₃, раствор аммиака, 2-5% раствор KMnO₄, ацетат натрия, 10% раствор Na₂CO₃, мыло, 10% раствор серной кислоты, концентрированная серная кислота, спиртовый раствор мыла, спиртовый раствор фенолфталеина, диэтиловый эфир, NaCl, бромная вода, 5% раствор KMnO₄, пробирки, стаканы, пробки с изогнутыми газоотводными трубками, водяная баня, спиртовки, лапки, спички, часовое стекло, лакмусовая бумага.

Опыт 1. Получение муравьиной кислоты гидролизом хлороформа.

а) В пробирку наливают 5-6 капель хлороформа, добавляют 2-3 мл 10% раствора гидроксида натрия и при встряхивании осторожно нагревают в течение 3-4 минут. Смесь не должна кипеть, иначе хлороформ может испариться.

Напишите уравнение реакции получения муравьиной кислоты гидролизом хлороформа (в щелочной среде образуется соль муравьиной кислоты - формиат натрия).

б) Взаимодействие муравьиной кислоты с аммиачным раствором гидроксида серебра (реакция серебрянного зеркала). В молекуле муравьиной кислоты имеется альдегидная группа, поэтому открыть ее можно реакциями, характерными для альдегидов, например, реакцией серебряного зеркала. (Реакция с гидроксидом меди (ll) не протекает.)

Опыт 2. Окисление муравьиной кислоты перманганатом калия. В пробирку помещают примерно 0,3-0,5 г муравьиной кислоты или формиата калия (натрия), 0,5 мл 10% раствора серной кислоты и 1 мл 5% раствора KMnO₄. Пробирку закрывают газоотводной трубкой, конец которой опускают в пробирку с 2 мл известковой (баритовой) воды и нагревают реакционную смесь.

Какие изменения в пробирках вы наблюдаите? Напишите уравнения реакций и подберите коэффициенты.

Опыт 3. Разложение муравьиной кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой (тяга!). В сухую пробирку вносят 0,5-1 мл муравьиной кислоты или 0,5-1 г ее соли и 1 мл серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают. Муравьиная кислота разлагается с образованием оксида углерода(11) и воды. Оксид углерода (11) поджигают у отверстия газоотводной трубки. Обратите внимание на характер пламени.

После окончания работы пробирку с реакционной смесью необходимо охладить, чтобы прекратить выделение ядовитого СО. Напишите уравнение реакции разложения муравьиной кислоты.

Опыт 4. Кислотные свойства уксусной кислоты. В пробирку наливают 2 мл 10% уксусной кислоты и полоской универсального индикатора (лакмусовой бумажкой) определяют кислотность среды. Затем приливают 1 мл 10 % раствора карбоната натрия или 0,1 г бикарбоната натрия.

Что вы наблюдаете? Напишите уравнение реакции. Какой вывод можно сделать о кислотных свойствах уксусной и угольной кислот? Будет ли уксусная кислота реагировать с растворами сульфата или хлорида натрия?

Опыт 5. Получение уксусной кислоты. В пробирку помещают примерно 0,5 г ацетата натрия и добавляют 1-2 мл концентрированной серной кислоты. Пробирку осторожно нагревают газоотводной трубкой и осторожно нагревают реакционную смесь. Выделяющуюся уксусную кислоту определяют по запаху (осторожно!) и по изменению цвета влажной лакмусовой бумаги (универсального индикатора), поднесенной к отверстию газоотводной трубки. Выделяющиеся пары кислоты поджигают. Отмечают цвет пламени.

Напишите уравнения образования и горения уксусной кислоты.

Опыт 6. Получение и свойства предельных высших кислот и их солей.

а) Гидролиз натриевых солей (мыла). В сухую пробирку наливают 0,5 мл спиртового раствора мыла и прибавляют 2 капли спиртового раствора фенолфталеина.

Появляется ли окраска? Затем в пробирку постепенно приливают дистиллированную воду. Что при этом происходит? Как можно объяснить этот опыт? Напишите уравнение реакции гидролиза мыла.

б) Выделение высших жирных кислот из мыла. В стакане растворяют 0,5 г мыльной стружки в 5 мл воды. Полученный раствор разливают в две пробирки. К одной части добавляют 2 мл 10 % раствора серной кислоты.

Что вы наблюдаете? Напишите уравнение реакции.

Смесь нагревают на водяной бане. Расплавившиеся жирные кислоты всплывают в виде слоя, затвердевающего при охлаждении пробирки. Какие высшие предельные кислоты входят в состав мыла?

К охлажденной смеси добавляют 2-3 мл диэтилового эфира. Пробирку энергично встряхивают. Водный слой становится прозрачнее, жирные кислоты растворяются в эфире. Эфирный слой осторожно с помощью пипетки переносят на часовое стекло. После испарения эфира на стекле остается осадок, напоминающий парафин.

в) Высаливание мыла. Вторую пробирку с раствором мыла нагревают на водяной бане и затем при перемешивании стеклянной палочкой вносят раствор хлорида натрия до получения насыщенного раствора. По мере насыщения раствора хлоридом натрия растворимость мыла уменьшается, раствор начинает мутнеть и затем всплывает над прозрачной жидкостью в виде творожистых хлопьев. Этот процесс называют высаливанием и его часто применяют в лабораторной практике и в промышленности при выделении органических веществ из водных растворов.

Опыт 7. Свойства олеиновой кислоты.

а) Реакция олеиновой кислоты с бромной водой. В пробирку наливают 2 мл воды и вносят 0,5 г олеиновой кислоты. Смесь взбалтывают энергично.

Что происходит? Напишите уравнение реакции.

б) Окисление олеиновой кислоты перманганатом калия. В пробирку наливают 1 мл 5% раствора перманганата калия, 1 мл 10% раствора карбоната натрия и 0,5 мл олеиновой кислоты. Смесь энергично перемешивают. Отмечают изменения, происходящие с реакционной смесью.

Напишите уравнение реакции и подберите коэффициенты. Какие выводы можно сделать на основании опытов 39 (а и б).

Опыт 8. Свойства щавелевой кислоты.

а) Разложение щавелевой кислоты при нагревании. В пробирку помещают около 1г щавелевой кислоты (С₂Н₂О₄*2Н₂О) и 1-2 мл серной кислоты (98%). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опускают в другую пробирку, содержащую известковую воду. Реакционную смесь осторожно нагревают (тяга!), щавелевая кислота разлагается, известковая вода мутнеет. После этого вынимают газоотводную из пробирки и у отверстия ее поджигают другое газообразное вещество - СО. Оксид углерода (ll) горит характерным пламенем - голубоватыми вспышками.

Напишите уравнения реакций: разложения щавелевой кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой, взаимодействия оксида углерода (lV) с известковой водой и горения оксида углерода (ll).

б) Окисление щавелевой кислоты перманганатом калия. В пробирку наливают 3-4 мл 5% раствора перманганата калия, 1-2 мл 10% раствора серной кислоты и 1 мл насыщенного раствора щавелевой кислоты. Пробирку соединяют с газоотводной трубкой, конец которой вставляют в пробирку с известковой водой. Реакционную смесь нагревают.

Как изменяется окраска реакционной смеси и что происходит в пробирке с известковой водой? Напишите уравнение реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия в кислой среде и подберите коэффициенты.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7. УГЛЕВОДЫ

Реактивы и оборудование: 1% растворы глюкозы и фруктозы, 5% раствор CuSO₄, 10% раствор NaOH, известковое молоко (насыщенный раствор Ca(OH)₂), 10% и 30% растворы NaOH, 1% раствор AgNO₃, аммиак концентрированный, 10% раствор серной кислоты, концентрированные серная и азотная кислоты, CaCO₃, соляная кислота (1:1), Фелингова жидкость, этиловый спирт, реактив Селиванова, целлюлоза (вата и фильтровальная бумага), 1% раствор крахмала, раствор иода в иодиде калия, пробирки, фарфоровые чашки, стаканы, водяная баня, диэтиловый эфир, часовое стекло, электроплитки, асбестовые сетки.

Опыт 1. Реакции на гидроксильные группы в моносахаридах.

а) Реакция моносахаридов со щелочным раствором гидроксида меди (ll). В пробирке смешивают 2 мл 1% раствора глюкозы и 1 мл 10% раствора гидроксида натрия, затем по каплям добавляют 5% раствор сульфата меди. Образующийся вначале голубой осадок гидроксида меди (ll) при встряхивании растворяется, получается синий прозрачный раствор комплексного алкоголята (сахарата) меди (ll). Опыт повторяют с фруктозой.

Напишите уравнение реакции глюкозы с гидроксидом меди (ll).

б) Реакция моносахаридов с гидроксидом кальция. К 2мл 20% раствора глюкозы добавляют по каплям при встряхивании известковое молоко. Гидроксид кальция растворяется, образуя глюкозат кальция. Прибавляют избыток взмученного известкового молока: в пробирке должен быть осадок, не исчезающий при встряхивании. Через 5 мин отфильтровывают 1 мл раствора и через прозрачный фильтрат пропускают медленный ток оксида углерода (lV) из аппарата Киппа. Выделяется осадок карбоната кальция. При длительном пропускании оксида углерода (lV) осадок может раствориться (образуется гидрокарбонат кальция).

Напишите уравнения следующих реакций: образование глюкозата кальция и взаимодействие его с оксидом углерода (lV).

Опыт 2. Реакции на карбонильные группы.

а) Окисление моносахаридов гидроксидом меди (ll) в щелочной среде. В пробирку наливают 3 мл 1% раствора глюкозы и 1,5% раствора гидроксида натрия. Затем при встряхивании добавляют 5% раствор сульфата меди до появления неисчезающей при встряхивании мути. Избыток гидроксида меди (ll) мешает реакции, так как при нагревании он теряет воду и превращается в оксид меди CuO черного цвета. Если же гидроксида меди (ll) слишком мало, то не связанная им глюкоза при нагревании осмоляется, продукты осмоления темного цвета также маскируют реакцию. Содержимое пробирки нагревают до начинающегося кипения так, чтобы нагревалась лишь верхняя часть раствора, а нижняя оставалась для контроля. В нагретой части раствора появляется желтый осадок гидроксида меди (l) вскоре переходящий в красный осадок оксида меди (l). Опыт повторяют, но вместо раствора глюкозы берут 1% раствор фруктозы.

В условиях опыта одинаково окисляются гидроксидом меди (ll) и альдозы (глюкоза), и кетозы (фруктоза). Объясняется это тем, что при нагревании с окислителем в щелочной среде углеродные цепи молекул моносахаридов расщепляются, при этом образуется смесь веществ, в том числе легко окисляющиеся (формальдегид, муравьиная кислота и др.). Среди продуктов окисления глюкозы обнаружена также глюконовая кислота.

Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту гидроксидом меди (ll).

б) Окисление моносахаридов реактивом Фелинга. Наливают в две пробирки по 1,5-2 мл растворов моносахаридов: в одну - 1% раствор глюкозы, в другую 1% раствор фруктозы. Затем в каждую пробирку добавляют равный объем раствора Фелинга, содержимое пробирок перемешивают и нагревают верхнюю часть раствора до кипения. В верхней части жидкости в обеих пробирках появляется желтый осадок гидроксида меди (l), переходящий в красный осадок оксида меди (l), нижняя часть жидкости, которую не нагревали, остается синей.

Реактивом Фелинга пользоваться удобнее, чем гидроксидом меди (ll), так как при нагревании смеси его с раствором моносахарида не происходит образование черного осадка оксида меди (ll), маскирующего красный цвет осадка оксида меди (l). Реакция с фелинговой жидкостью протекает быстрее и более четко. Этой реакцией широко пользуются для качественного и количественного анализа моносахаридов и для отличия восстанавливающих дисахаридов от невосстанавливающих.

Что такое реактив Фелинга? Какое строение имеет этот реактив и как его готовят? Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту реактивом Фелинга.

в) Окисление моносахаридов аммиачным раствором гидроксида серебра (реакция серебряного зеркала). Сначала готовят аммиачный раствор гидроксида серебра: к 3 мл 1% раствора нитрата серебра добавляют по каплям при встряхивании 5% аммиак до тех пор, пока образующийся осадок полностью растворится. Избыток аммиака снижает чувствительность реакции. Аммиачный раствор гидроксида серебра делят пополам. К одной части приливают 1мл 1% раствора глюкозы, к другой 1 мл 1% раствора фруктозы. Обе пробирки нельзя встряхивать, иначе металлическое серебро в обеих пробирках выделится не на стенках пробирок, а в виде темного осадка. Чтобы получить хорошее зеркало, в пробирках предварительно кипятят 10% раствор гидроксида натрия, затем их споласкивают дистиллированной водой.

При окислении моносахаридов в щелочной среде образуется смесь продуктов. Среди продуктов окисления глюкозы преобладает глюконовая кислота. Напишите уравнения реакций: образования аммиачного раствора гидроксида серебра и окисления D-глюкозы до D-глюконовой кислоты аммиачным раствором гидроксида серебра.

Опыт 3. Осмоление моносахаридов.

В пробирке смешивают 1 мл 10% раствора глюкозы и 1 мл концентрированного (30-40%) раствора гидроксида натрия, вносят в смесь кипятильники и кипятят ее в течение 2-3 мин. При выполнении опыта необходимо соблюдать осторожность: реакционная смесь кипит толчками, ее может выбросить из пробирки. Жидкость в пробирке приобретает желтый, затем бурый цвет. После охлаждения ее подкисляют 10% раствором серной кислоты, при этом окраска бледнеет и появляется запах жженого сахара.

При нагревании с концентрированным раствором щелочи моносахариды осмоляются и окисляются, образуется сложная смесь веществ. В ней содержатся продукты полимеризации и конденсации соединений, получающиеся при распаде моноз, а также найдены молочная и муравьиная кислоты. Продукты осмоления содержат свободные гидроксильные группы, этим объясняется их растворимость в воде.

Опыт 4. Цветные реакции на монозы.

а) Реакция Селиванова на кетогексозы. В две пробирки наливают по 2 мл реактива Селиванова (раствор резорцина в разбавленной соляной кислоте), затем в одну из пробирок добавляют 2 капли 1% раствора фруктозы, а в другую 2 капли 1% раствора глюкозы. Обе пробирки одновременно помещают в водяную баню с температурой воды 80^оС и выдерживают при этой температуре 8 мин. Сравнивают окраску растворов в пробирках с глюкозой и с фруктозой.

Объясните опыт.

б) Реакция Панова на фруктозу. Опыт параллельно проводят с растворами глюкозы и фруктозы.

В две пробирки наливают по 0,5 мл 1-2 % растворов моноз и по 5 мл смеси этилового спирта с серной кислотой (смешивают при охлаждении 4 мл этилового спирта и 1 мл концентрированной серной кислоты). Затем в пробирки приливают по 2-3 капли 5 % раствора -нафтола. Жидкости перемешивают и нагревают на водяной бане 2-3 мин. В пробирке с фруктозой появляется интенсивное фиолетовое окрашивание. Глюкоза в условиях опыта окрашивание не дает.

Высшие полисахариды. Опыты проводятся по рабочим столам.

Опыт 5. Кислотный гидролиз крахмала.

В термостойкий стакан наливают 20-25 мл 1% крахмального клейстера и 3-5 мл 10% раствора серной кислоты. В 7-8 пробирок наливают несколько капель разбавленного раствора KJ₃ (раствор Люголя), пробирки ставят в штатив. В первую пробирку вносят 1 мл приготовленного для опыта раствора крахмала. Отмечают образовавшуюся окраску. Затем стакан нагревают на асбестовой сетке на электроплитке. Через 30 с после начала кипения отбирают вторую пробу 1 мл, которую вносят во вторую пробирку с раствором иода, после встряхивания отмечают цвет раствора. В дальнейшем отбирают пробы раствора через каждые 30 с и вносят их в последующие пробирки с раствором иода. Отмечают постепенное изменение окраски растворов с иодом от синей до желтой. После этого смесь кипятят еще 2-3 мин, после чего ее охлаждают и нейтрализуют 10% раствором гидроксида натрия, добавляя его по каплям до щелочной среды по фенолфталеину. Часть щелочного раствора переливают в пробирку, смешивают с равным количеством реактива Фелинга и нагревают верхнюю часть до кипения.

Выпадает ли красный осадок оксида меди (l)? Напишите уравнение реакции гидролиза крахмала, укажите промежуточные и конечные продукты. Объясните, почему в процессе гидролиза изменяется окраска гидролизата с иодом.

Опыт 6. Свойства целлюлозы.

а) Получение растительного пергамента (амилоида).

В три фарфоровые чашки наливают: в первую - 80% раствор серной кислоты, во вторую - дистиллированную воду, в третью - 5% раствор аммиака. В раствор серной кислоты опускают на 8 - 10 с среднюю часть полоски фильтровальной бумаги (10х3 см), сухие концы бумаги держат в руках. Избыток кислоты быстро сливают в ту же фарфоровую чашку, промывают участок бумаги, обработанный кислотой, налитой во вторую чашку. Затем нейтрализуют остатки кислоты разбавленным раствором аммиака. Просушивают полученный растительный пергамент между листами фильтровальной бумаги и сравнивают вид и прочность обработанного кислотой участка бумаги с необработанным. Наносят каплю разбавленного раствора иода на обработанный кислотой участок бумаги. Какая получается окраска? Объясните опыт.

б) Кислотный гидролиз целлюлозы.

В сухую коническую колбу (стакан) емкостью 50-100 мл помещают немного очень мелко нарезанных кусочков фильтровальной бумаги (целлюлозы) и смачивают их концентрированной серной кислотой. Тщательно размешивают содержимое колбы стеклянной палочкой до полного разрушения бумаги и образования бесцветного вязкого раствора. После этого к нему добавляют небольшими порциями при перемешивании 15-20 мл воды (осторожно!), в колбу помещают кусочки битого фарфора и кипятят реакционную смесь на асбестовой сетке 20 мин, перемешивая ее периодически. После окончания гидролиза отливают 2-3 мл жидкости, нейтрализуют ее сухим карбонатом натрия, добавляя его небольшими порциями (жидкость вспенивается), и обнаруживают присутствие восстанавливающих сахаров реакцией с реактивом Фелинга.

Напишите схему реакции гидролиза целлюлозы и объясните опыт.

в) Получение и свойства нитратов целлюлозы.

В небольшой стаканчик или широкую пробирку наливают 4 мл концентрированной азотной кислоты и осторожно при размешивании добавляют 8 мл концентрированной серной кислоты. Разогревшуюся смесь несколько охлаждают и погружают в нее с помощью стеклянной палочки небольшой комочек гигроскопической ваты. Реакционную смесь периодически перемешивают палочкой и нагревают на водяной бане (температура воды 60-70^оС) в течение 5 мин. Затем вату вынимают и тщательно промывают водой в стакане, а потом в струе воды под водопроводным краном. Избыток воды отжимают в фильтровальной бумаге, вату разрыхляют и осторожно высушивают в фарфоровой чашке на асбестовой сетке. В условиях опыта получается преимущественно динитрат целлюлозы - коллоксилин.

Составьте схему реакции образования динитрата целлюлозы (по Хеуорсу).

Высушенный волокнистый динитрат целлюлозы делят на две части. Одну часть кладут на асбестовую сетку и поджигают. Рядом поджигают кусочек гигроскопической ваты (целлюлозы). Отмечают разницу в характере горения этих двух образцов.

Вторую часть коллоксилина растворяют при перемешивании палочкой в смеси этилового спирта и диэтилового эфира (1:3). Образуется вязкий раствор - коллодий. Часть коллодия выливают на предметное стекло; после испарения растворителя остается твердая пленка. Ее вносят тигельными щипцами в пламя спиртовки. Пленка коллодия сгорает медленнее, чем коллоксилиновая вата.