Лабораторный практикум по курсу органической химии
Покупка
Новинка
Тематика:
Органическая химия
Авторы:
Хмарцева Людмила Алексеевна, Степанов Михаил Борисович, Кадушечкина Римма Семеновна, Елисеева Наталья Михайловна, Якушева Елена Анатольевна, Котомин Сергей Владимирович
Под ред.:
Голубев Александр Михайлович
Год издания: 2011
Кол-во страниц: 44
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 826513.01.99
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину
Лабораторный практикум включает пять лабораторных работ, предназначенных для студентов II курса 3-го семестра, и соответствует программе курса по органической химии для студентов специальностей 2801010065 "Безопасность жизнедеятельности в техносфере" и 2801010065 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".
Методические указания содержат теоретические положения и описание методик проведения эксперимента. Работы посвящены исследованию свойств некоторых органических веществ и высокомолекулярных соединений. В одной из работ получение экспериментальных данных проводится с использованием компьютерного программного обеспечения.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК ФН МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Лабораторный практикум по курсу органической химии Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу органической химии Под редакцией А. М. Голубева Москва Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана 2011
УДК 547 ББК 24.2 Л12 Рецензент Б. Е. Винтайкин Л12 Лабораторный практикум по курсу органической химии : метод. указания к выполнению лабораторных работ по курсу органической химии / Л. А. Хмарцева, М. Б. Степанов, Р. С. Кадушечки- на, Н. М. Елисеева, Е. А. Якушева, С. В. Котомин; под ред. А. М. Голубева. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. — 40, [4] с. : ил. Лабораторный практикум включает пять лабораторных работ, предназначенных для студентов II курса 3-го семестра, и соответствует программе курса по органической химии для студентов специальностей 2801010065 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» и 2801010065 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». Методические указания содержат теоретические положения и описание методик проведения эксперимента. Работы посвящены исследованию свойств некоторых органических веществ и высокомолекулярных соединений. В одной из работ получение экспериментальных данных проводится с использованием компьютерного программного обеспечения. Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК ФН МГТУ им. Н. Э. Баумана. УДК 547 ББК 24.2 c⃝ МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011
Предисловие Органическая химия является важнейшим разделом химии, без которой невозможно представить современное машиностроение, самолетостроение, транспорт, сельское хозяйство, строительную индустрию, медицину, производство лекарств, парфюмерию и многое другое. Она относится к числу базовых фундаментальных дисциплин и вместе с другими разделами химии, а также физикой, биологией, математикой составляет основу знаний о законах материального мира и происходящих в нем изменениях. Лабораторный практикум включает в себя пять лабораторных работ, в основе которых лежит материал из курса лекций по органической химии. Методические указания включают в себя как теоретические положения, так и подробное описание методик проведения лабораторных работ. Первые три лабораторные работы (№ 1, 2 и 3) объединены в блок взаимосвязанных работ, посвященных исследованию свойств ук- сусноэтилового эфира (этилацетата). Данный блок включает в себя подробное описание свойств сложных эфиров, механизма реакции этерификации, экологические аспекты применения эфиров. В экспериментальную часть входит описание методики синтеза этилацетата, способа его очистки от примесей методом простой перегонки и идентификации с помощью рефрактометрического метода. Целью лабораторной работы № 4 является получение кривой перегонки смеси органических веществ с использованием компьютерной программы «L-химия-практикум» и определение состава смесей жидкостей по кривой перегонки. В этой работе студенты получают большой объем данных, который обрабатывается в компьютерной программе Microsoft Excel. Предполагается, что студенты II курса владеют приемами работы с этой программой. Лабораторная работа № 5 знакомит студентов со свойствами высокомолекулярных соединений. Она посвящена изучению кинетики радикальной полимеризации мономера-метилметакрилата и получению полимера — полиметилметакрилата («органического стекла»). В работе изложены закономерности процесса радикальной полимеризации мономера и способы ее осуществления. 3
Лабораторный практикум предполагает проведение экспериментов на сложном оборудовании и проходит под руководством преподавателя. Экспериментальные лабораторные установки расположены в вытяжных шкафах, снабженных приточно-вытяжной вентиляцией. Методические указания включают в себя контрольные вопросы, которые предлагаются студентам при защите лабораторных работ. 1. Синтез сложного эфира Цель работы — проведение реакции этерификации на примере синтеза сложного эфира, изучение механизма протекания этой реакции. Теоретическая часть Сложные эфиры являются функциональными производными карбоновых кислот. В зависимости от строения карбоновой кислоты и спиртов сложные эфиры могут быть жидкми, воскообразными и кристаллическими веществами. Это полярные вещества, их полярность близка к полярности связей в карбоновых кислотах. Сложные эфиры занимают особое место среди функциональных производных карбоновых кислот. Это связано с широким применением этого класса соединений в органическом синтезе, в промышленности, например в качестве растворителей для приготовления лаков, в пищевой промышленности (эссенции) и парфюмерии. Сложные эфиры находятся также в организмах животных и растений. Основные производные карбоновых кислот приведены в табл. 1. Сложные эфиры — соединения, производные карбоновых кислот, у которых атом водорода в карбоксильной группе замещен углеводородным радикалом. Общая формула сложных эфиров имеет вид где R и R′ — углеводородные радикалы. В сложных эфирах муравьиной кислоты R — атом водорода. 4
Таблица 1 Функциональные производные карбоновых кислот Соединение Примеры Кислота Этановая Бензойная кислота (уксусная кислота) Хлорангидрид Этаноилхлорид Бензоилхлорид кислоты (ацетилхлорид) Ангидрид кислоты Этановый Бензойный (уксусный ангидрид) ангидрид Сложный эфир Этилэтаноат (этилацетат) Метилбензоат Амид Этанамид (ацетамид) Бензамид Нитрил Этаннитрил Бензонитрил (ацетонитрил) R — C≡N CH3 — C≡N 5
Номенклатура эфиров Названия эфиров являются производными от названий соответствующих углеводородных радикалов и кислот, в которых вместо суффикса «ов», окончания «ая» и слова «кислота» используют суффикс « ат». Примеры: метилформиат; этилбутен-3-оат; пропилбензоат; изопропилбензоат. Название сложного эфира в соответствии с рациональной номенклатурой может быть и таким: метиловый эфир муравьиной кислоты. Также допускаются и тривиальные названия. Физические свойства сложных эфиров Сложные эфиры низших карбоновых спиртов и кислот представляют собой летучие малорастворимые или совсем не растворимые в воде жидкости. Часто сложные эфиры обладают приятным запахом — их называют эссенциями. Примеры: этилформиат — ромовая эссенция; этилбутират — ананасная эссенция; 6
изоамилбутират — грушевая эссенция; алкилизовалераты — яблочная эссенция; бензилацетат — жасминовая эссенция. Сложные эфиры имеют более низкую температуру кипения, чем соответствующие им кислоты. Это связано с отсутствием в сложных эфирах водородных связей. Так, стеариновая кислота кипит при температуре 232 ◦C (p = 15 мм рт. ст.), а метилстеарат — при 215 ◦C (p = 15 мм рт. ст.), хотя молярная масса эфира больше, чем кислоты. Сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов представляют собой воскообразные вещества, не имеющие запаха и не растворимые в воде. Например, пчелиный воск — мирицилпальмитат (C15H31COOC31H63 — основное вещество в сложной смеси органических веществ). Получение сложных эфиров Сложные эфиры карбоновых кислот легко получают взаимодействием гидроксильных производных углеводородов с карбоновыми кислотами, ацилгалогенидами и ангидридами или алкилированием солей карбоновых кислот. Известны также специфические методы получения — реакция Тищенко, окисление кетонов по Байеру — Виллигеру. 1. Реакция этерификации — взаимодействие спиртов с органическими кислотами в присутствии катализаторов — неорганических сильных кислот. В качестве катализатора используют обычно концентрированную серную кислоту H2SO4 в количестве 10...15 % от общей массы раствора: + HO — CH3 H2SO4 G G G G G G G G G G G B F G G G G G G G G G G G + H2O 7
Реакция является обратимой. Механизм этой реакции детально изучен с применением метода «меченых атомов». Используют спирт, «меченый» изотопом 18O. Оказывается, что «меченый» кислород входит в молекулы сложного эфира, а не воды. Это доказывает, что разрыв связей в этой реакции происходит следующим образом: + G G G B F G G G + H2O Как было сказано, этерификация — обратимый процесс. Прямая реакция — образование сложного эфира, обратная — его кислотный гидролиз. Для того чтобы сдвинуть равновесие в сторону образования сложного эфира, следует удалять из реакционной смеси воду. Рассмотрим в качестве примера получение этилового эфира бензойной кислоты (катализатор — протон серной кислоты): H+ G G G G G G G B F G G G G G G G G G G B F G G G C2H5 ¨OH G G G G G G G G G G G G G B F G G G G G G G G G G G G G Присоединение G G G B F G G G −H2O G G G G G G G G G G G G G G G G G G B F G G G G G G G G G G G G G G G G G G Отщепление −H+ Каталитическое действие серной кислоты состоит в том, что она активирует молекулу карбоновой кислоты. Атом кислорода в карбонильной группе кислоты имеет неподеленную электронную пару, благодаря которой к атому присоединяется протон. Протонирование карбонильной группы бензойной кислоты по атому кислорода 8
приводит к превращению частичного положительного заряда атома углерода карбоксильной группы в полный заряд, т. е. к увеличению его электрофильности. Резонансные структуры, заключенные в приведенной выше формуле в квадратные скобки, указывают на делока- лизацию положительного заряда в образовавшемся катионе. За счет своей неподеленной электронной пары электронов на атоме кислорода молекула спирта присоединяется к активированной молекуле кислоты. Протон из остатка спирта переходит к гидроксильной группе, которая превращается в «легко уходящую» группу H2O. После этого отщепляется молекула воды с одновременным уходом протона, что приводит к регенерации катализатора. 2. Получение сложных эфиров взаимодействием хлорангидри- дов карбоновых кислот со спиртами происходит по реакции + HO — C2H5 G G G A + HCl 3. Получение сложных эфиров взаимодействием солей органических кислот с алкилгалагенидами соответствует реакции + C2H5 — Br G G G A + NaBr 4. Фенолы не дают сложных эфиров при взаимодействии с кислотой. Как слабые нуклеофилы (в отличие от алифатических спиртов) они плохо реагируют с карбоновыми кислотами. Сложные эфиры на основе фенолов можно получить с помощью хлорангидридов (ацетилхлоридов). Это связано с повышенной подвижностью протона у гидроксильной группы фенола. Известно, что фенолы обладают очень слабыми кислотными свойствами (константа диссоциации Kд = 1,7 · 10−10). Реакция с ацетилхлоридом осуществляется в присутствии щелочи по механизму нуклеофильного замещения: + G G G A + HCl 9
5. Реакция Клейзена — Тищенко: + NaOR Катализатор G G G B F G G G 6. Перегруппировка Байера — Виллегера: + Пероксикислоты G G G A + HOOCR′ Некоторые химические свойства эфиров Для сложных эфиров характерны реакции нуклеофильного замещения. 1. Гидролиз (омыление): а) в присутствии кислот реакция обратима: + H2O H+ G G G G G G G B F G G G G G G G + C2H5OH б) в присутствии щелочей реакция необратима, так как образуются соли органических кислот: + KOH G G G A + CH3OH 2. Реакция переэтерификации: а) с избытком спирта — алкоголиз: + C2H5OH Избыток H2SO4 G G G G G G G G B F G G G G G G G G + CH3OH б) с избытком кислоты — ацидолиз: + Избыток H2SO4 G G G G G G G G B F G G G G G G G G + 10
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину