МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) СКФУ в г.Пятигорске

Политехнический колледж

ХИМИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Специальности СПО

23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»,

09.02.01 «Компьютерные системы и комплексы»

Квалификация техник

Пятигорск 2015

Методические указания для лабораторных занятий по дисциплине «Химия» предназначены для студентов, обучающихся по специальностям:

23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта,

08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»,

09.02.01 «Компьютерные системы и комплексы»

Рассмотрено на заседании ЦМК ИСТиД (филиала) СКФУ г. Пятигорске

Протокол №___ от «___»__________201__г.

Составитель: В.В. Болотина

Директор ПК Н.П. Константинова

Введение

Правила техники безопасности при работе в химической лаборатории

и оказание первой помощи

Общие правила:

1. Категорически запрещается работать одному в химической лаборатории.

2. Во время работы необходимо соблюдать чистоту, тишину, порядок и правила техники безопасности, работать только в халатах.

3. Перед работой необходимо ознакомиться с содержанием лабораторной работы, проверить наличие необходимого оборудования и реактивов.

4. Точно соблюдать порядок и последовательность операций, указанных в руководстве.

5. Все записи в журналах делать сразу же после окончания опыта.

Правила пользования реактивами и приборами:

1. Необходимые для работы реактивы выставляют на полки лабораторных столов.

2. На всех банках, склянках и другой посуде, где хранятся реактивы, должны быть этикетки с указанием названия веществ.

3. Склянки с веществами и растворами необходимо брать одной рукой за горлышко, а другой снизу поддерживая за дно.

4. Во избежание выбрасывания жидкости из пробирки при нагревании необходимо:

• использовать при работе с нерастворимыми в воде веществами сухие пробирки;

• нагревая пробирку, надо направить её отверстие в сторону от себя и от соседа;

• держать пробирку не в вертикальном, а в наклонном положении, непрерывно вращая её во избежание частичного перегрева.

5. При работе с газоотводной трубкой необходимо убирать горелку из-под пробирки со смесью только после того, как конец газоотводной трубки удалён из пробирки - приёмника с жидкостью.

6. Нюхать реактивы в лаборатории нужно, направляя к себе пары или газ движением руки

7. При растворении следует приливать серную кислоту к воде по каплям, всё время, перемешивая вещества.

8. Работу с эфирами, спиртами, бензолом проводить вдали от огня.

9. Все опыты с сильно пахнущими и ядовитыми веществами проводить в вытяжном шкафу.

10. О любом, самом незначительном несчастном случае следует немедленно сообщить преподавателю и принять меры первой помощи:

• при термических ожогах поражённое место нужно смочить раствором танина в спирте или 2% раствором перманганата калия.

• при химических ожогах необходимо, прежде всего, удалить с кожи вещество, вызывающее ожог, и обработать соответствующим образом:

а) при ожогах кислотой или щёлочью промыть поражённое место сильной струёй воды, а затем нейтрализовать кислоту 1% раствором гидрокарбоната натрия, щёлочь - 1% раствором уксусной кислоты;

б) при ожогах бромом поражённое место обработать 10-20% раствором тиосульфата натрия, смыть большим количеством воды, а затем наложить тампон, смоченный 5% раствором мочевины;

в) при ожогах жидким фенолом побелевший участок кожи растереть глицерином до восстановления его нормального цвета и наложить марлевый тампон, смоченный глицерином.

• если кислота или щелочь попали в глаз, то следует тщательно промыть его водой, а затем 2% раствором борной кислоты (для нейтрализации щёлочи) или 2% раствором гидрокарбоната натрия (для нейтрализации кислоты).

• при порезе руки, если в рану попал кусочек стекла, прежде всего, необходимо пинцетом удалить его

• , затем смазать рану спиртовым раствором йода и наложить повязку. Если кровотечение сразу не прекращается, надо приложить к ране кусочек кровоостанавливающей ваты (гигроскопическая вата, пропитанная 1% раствором хлорида железа). При сильном кровотечении надо временно перетянуть руку жгутом из резиновой трубки. Как только кровотечение остановится, жгут следует немедленно снять.

Качественный анализ органических соединений по функциональным группам.

Функциональная группа - это атом или группа атомов неуглеводородного характера, которые определяют принадлежность соединения к определенному классу.

Функциональные группы обладают высокой реакционной способностью и легко взаимодействуют с различными реактивами с заметным аналитическим эффектом.

Основные функциональные группы и классы

органических соединений

функциональная

группа

название класса

─F, ─Cl, ─Br, ─I(─Hal) - галогены

─ОН - гидроксильная

─OR - алкоксильная

─SH - тиольная

─NH - амино-

O

─N

O нитро-

C═O карбонильная

O

─C

OH карбоксильная

O

R─C ─O─R₁^‌‌

O

║

─S─OH сульфо-

║

O

галогенопроизводные

спирты, фенолы

простые эфиры

тиолы

амины

нитросоединения

альдегиды

кетоны

карбоновые кислоты

сложные эфиры

сульфокислоты

В данных методических указаниях приводятся теоретические основы качественного анализа основных классов органических соединений, с приведением наиболее часто встречающихся в аналитической практике методик с указанием химических реакций.

Лабораторная работа № 1

Качественные реакции на основные классы углеводородов

Цель работы:

1. Повторить классификацию, строение и свойства углеводородов.

2. Убедиться в том, что свойства определяются строением.

3. Познакомиться с лабораторными способами , распознавания основных классов углеводородов

Реактивы, оборудование: раствор брома, 5% раствора соды, 1% раствор перманганата калия, аммиачный раствор хлорида меди, 1% раствор нитрата серебра, 5% раствор аммиака, нитрующая смесь, штатив с пробирками, горелка, газоотводная трубка, водяная баня.

Ход работы

1.Присоединение брома

Углеводороды, содержащие кратные связи, легко присоединяют бром:

1. R─CH═CH─R + Br₂ R─CH─CH─R

│ │

Br Br

методика: в сухую пробирку помещают 1мл исследуемого вещества и добавляют по каплям, при легком встряхивании, раствор брома.

Наблюдается исчезновение желтой окраски.

2.Проба с перманганатом калия ( реакция Вагнера)

В слабощелочной среде при действии перманганата калия происходит окисление вещества с разрывом кратной связи.

3. R─CH═CH─R + 2KMnO₄ + 4H₂O→3R─CH─CH─R + 2MnO₂ +2KOH

│ │

OH OH

методика:

К1 мл исследуемого вещества добавляют 1 мл 5% раствора соды, затем по каплям, при встряхивании 1% раствор перманганата калия.

Наблюдается исчезновение малиновой окраски перманганата.

Ацетиленовые углеводороды также дают реакции с бромом и перманганатом калия, которые, однако, протекают с меньшей скоростью.

3.Образование ацетиленидов

Атом водорода, находящийся при связанном тройной связью атомом углерода, способен замещаться на металл (качественная реакция на группу ─С≡СН).

Работа с ацетиленидами требует соблюдения правил техники безопасности. В сухом виде, при слабом нагревании или при ударе, они взрываются с большой силой, поэтому нельзя полностью высушивать ацетилениды. Особенно опасен в сухом виде ацетиленид серебра.

Методика:

Опыт№1 Получение ацетиленида меди (1)

В пробирку наливают 2-3 мл бесцветного аммиачного раствора хлорида меди(1) [Cu(NH₃)₂]Cl и пропускают через раствор ацетилен.

Раствор окрашивается в красно- бурый цвет, затем выпадает красно-бурый осадок ацетиленида меди.

HC≡CH + [Cu(NH₃)₂]Cl →CuC≡CCu +2NH₄Cl + 2NH₃

Эту реакцию применяют для обнаружения даже следов ацетилена.

Смачивают полоску фильтровальной бумаги аммиачным раствором хлорида меди (1) и вносят её в отверстие пробирки, из которой выделяется ацетилен. Появляется красно-бурое окрашивание.

Опыт№2: Получение ацетиленида серебра.

В пробирку наливают 2 мл 1% раствора нитрата серебра и прибавляют по каплям 5% раствор аммиака до полного растворения образующегося осадка оксида серебра.

Через полученный бесцветный раствор пропускают ацетилен. Выпадает желтовато-белый осадок ацетиленида серебра.

НС≡СН + 2[Ag(NH₃)₂]OH → AgC≡CAg +4NH₃ + 2H₂O

ацетиленид

серебра

2.Обнаружение ароматических углеводородов.

Ароматические соединения вступают в реакции замещения, образуя окрашенные соединения.

а) нитрование ароматических соединений (тяга!).

Реакцию проводят азотной кислотой или нитрующей смесью:

R─H + HNO₃ → R─NO₂ + H₂O

Методика:

В пробирку помещают 0,1 г (или 0,1 мл) вещества и при непрерывном встряхивании постепенно прибавляют 3 мл нитрующей смеси (1 часть концентрированной азотной кислоты и 1 часть концентрированной серной кислоты). Пробирку закрывают пробкой с длинной стеклянной трубкой, которая служит обратным холодильником, и нагревают на водяной бане 5 мин. при 50˚С. Смесь выливают в стакан с 10 г измельченного льда.

Если при этом выпадает твердый продукт или масло, нерастворимые в воде и отличающиеся от исходного вещества, то можно предположить присутствие ароматических соединений.

б) алкилирование ароматических соединений.

Ароматические углеводороды и их галогенопроизводные дают при взаимодействии с хлороформом в присутствии хлорида алюминия продукты, окрашенные в яркие цвета (Оранжевый, пурпурный, синий, зеленый)

3R─H + CHCl₃R₃CH + 3HCl

Методика:

В пробирку с 1-2 мл обезвоженного хлороформа прибавляют 0,1 г (или 0,1 мл) исследуемого вещества. Смесь перемешивают. Затем осторожно вносят 0,5 г порошкообразного безводного хлорида алюминия так, чтобы большая часть его осталась на стенках пробирки выше уровня жидкости. Наклоняя пробирку, слегка смачивают порошок хлорида алюминия. Появление яркой окраски на стенке пробирки, а также окрашивание и всего раствора указывает на присутствие ароматической системы.

Результаты оформить в виде таблицы:

№ п.п.

Исследуемое вещество

Уравнение реакции

Аналитический эффект

Лабораторная работа № 2

Качественные реакции на основные классы

кислородсодержащих органических соединений

Цель работы:

1. Повторить классификацию, строение и свойства основных классов

кислородсодержащих органических соединений

2. Убедиться в том, что свойства определяются строением.

3. Познакомиться с лабораторными способами , распознавания основных классов кислородсодержащих органических соединений

4. Реактивы, оборудование: этанол, серная кислота (конц.), соляная кислота, хлорид цинка, гидроксид натрия, раствор иода, сульфат меди, аммиачный раствор нитрата серебра, формалин, реакив Фелинга, реактив Несслера, 2,4-динитрофенилгидразин, гидросульфит натрия, солянокислый гидроксиламин, ледяная уксусная кислота, хлорид железа, лакмус, гидроксид калия, хлорид железа (III), гидрокси каля, фенолфталеин, гидрокарбонат натрия штатив с пробирками, горелка, газоотводная трубка, водяная баня.

1.Образование эфиров.

Спирты в присутствии концентрированной серной кислоты образуют с органическими кислотами сложные эфиры.

низкомолекулярные эфиры имеют характерный запах, высокомолекулярные - характерную температуру плавления.

O O

С₂Н₅ОН + СН₃─C СН₃─C ─O─С₂Н₅^‌‌ + Н₂О

OH

Методика:

К 2 мл этанола добавляют 0,5 мл ледяной уксусной кислоты и нагревают до кипения - ощущается характерный фруктовый запах этилацетата.

2.Реакция с раствором хлористого цинка (проба Лукаса)

Для того чтобы различить первичные, вторичные и третичные спирты, используется различная подвижность оксигруппы в реакции спиртов с раствором хлорида цинка в концентрированной соляной кислоте.

R─OH + HClR─Cl + H₂O

Третичные спирты реагируют с этим реактивом с большой скоростью, давая нерастворимые галогеналкилы; первичные реагируют только при продолжительном нагревании или стоянии, вторичные занимают промежуточное положение.

Методика:

Готовят раствор 1,6 г ZnCl₂ в 1 мл HCl, охлаждают и делят на 3 части. К каждой части раствора добавляют по 3-4 капли соответственно первичного, вторичного и третичного спиртов, энергично встряхивают и оставляют в стакане с водой при 25 - 30˚С.

О начале реакции судят по помутнению раствора, вследствие образования нерастворимого галогеналкила. Отмечают время помутнения раствора в каждой пробирке.

Различить третичные и вторичные спирты можно пробой с концентрированной HCl без ZnCl₂ . В этих условиях третичные спирты реагируют в течение 3 - 5 минут, вторичные - не реагируют.

3.Реакции окисления спиртов.

Спирты окисляются до оксосоединений при добавлении окислителя (дихромата калия, гексацианоферрата калия, иода). Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные - до кетонов.

Этиловый спирт окисляется иодом в щелочной среде при нагревании до трийодацетальдегида, который разрушается до йодоформа и соли муравьиной кислоты (йодоформная проба на этанол).

Методика:

0,5 мл этанола смешивают с 5 мл раствора гидроксида натрия, прибавляют 2 мл 0,1 моль/л раствора йода - постепенно выпадает желтый осадок йодоформа, который обнаруживают по характерному запаху.

8NaOH + 4 I₂→ 4NaOI + 4NaI + 4H₂O

O

C₂H₅ + NaOI→ CH­₃─C +NaI + H₂O

H

O O

CH­₃─C + 3NaOI → CI₃─C + 3NaOH

H H

O

CI₃─C + NaOH→CHI­₃↓ + HCOONa

H

--------------------------------------------------------

C₂H₅OH + 6NaOH + 4I₂ → CHI₃ ↓ + HCOONa + 5NaI + 5H₂O

4.Реакции комплексообразования.

Многоатомные спирты (глицерин и др.) образуют с сульфатом меди в щелочной среде комплексные соединения синего цвета.

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

CH₂─OH CH₂─O _Cu OH─CH₂

2CH─OH + Cu(OH)₂ → CH─ OHO─ CH + 2H₂

CH₂─OH CH₂─OH HO─ CH₂

глицерат меди

Методика:

К 5 мл 5% раствора сульфата меди добавляют 1-2 мл раствора гидроксида калия до образования осадка Cu(OH)₂. Затем добавляют раствор глицерина до растворения осадка. Полученный раствор окрашен в интенсивно-синий цвет.

2.Качественные реакции альдегидов.

Окислительно-восстановительные реакции.

Альдегиды легко окисляются до кислот и их солей (если реакции протекают в щелочной среде).

Если в качестве окислителя используются комплексные соли тяжелых металлов (Ag, Cu, Hg), то в результате реакции выпадает осадок металла (серебра, меди) или оксида металла (Cu₂O).

а) реакция с аммиачным раствором нитрата серебра (Ag(NH₃)₂NO₃).

O O

R─C +2 Ag(NH₃)₂NO₃ → R─C + 2Ag + 2NH₄ OH + NH₃↑

H ONH₄

Методика:

В тщательно вымытую пробирку с 5 мл реактива добавляют 5 капель формалина, и смесь осторожно нагревают на водяной бане при 60-70˚С. Выделяющееся металлическое серебро оседает на стенках пробирки в виде металлического зеркала.

б) реакция с реактивом Фелинга.

COOK COOK COOK

│ │ O │ O

CH─OOH─CH + R─C +2H₂ O→ 2 CHOH + R─C +Cu₂O

│ Cu │ H │ OH

CH─ OHO─ CH CHOH

│ │ │

COONa COONa COONa

Методика:

К 1 мл раствора, содержащего 0,01-0,02 г исследуемого вещества прибавляют 2 мл реактива Фелинга, нагревают до кипения. Выделяется кирпично-красный осадок оксида меди (Cu₂O).

в) реакция с реактивом Несслера.

O O

R─C +K₂[HgI₄] +3KOH → Hg↓ + R─C +4KI +2H₂O

H OK

Методика:

К2-3 каплям раствора альдегида прибавляют 2-3 капли реактива Несслера и нагревают. Выделяется серовато-черный осадок металлической ртути.

3.Качественные реакции на альдегиды и кетоны.

а) реакция с 2,4-динитрофенилгидразином.

Карбонильные соединения можно обнаружить по реакциям с фенилгидразином и его замещенными (2,4-динитрофенилгидразин, п-нитрофенилгидразин, п-карбоксифенилгидразин).

NO₂

C═O + H₂N─NH─ ─NO₂→

NO₂

C═N─NH─ ─NO₂ + H₂O

Методика:

В пробирку с 1 мл солянокислого или сернокислого 2,4- динитрофенилгидразина добавляют раствор 0,05-0,1 г (или 0,1 мл) анализируемого вещества в 1 мл спирта. Смесь нагревают на водяной бане. При охлаждении выделяется желто-оранжевый осадок 2,4- динитрофенилгидразона карбонильного соединения.

б) реакция с солянокислым гидроксиламином.

Соединения, содержащие карбонильную группу, при взаимодействии с солянокислым гидроксиламином выделяют свободную соляную кислоту.

С═О +H₂NOH∙HCl → C═NOH +H₂O + HCl

Изменение рН среды можно обнаружить по изменению окраски индикатора, например метилового оранжевого.

Опыт№1.

Методика:

В пробирку наливают 2 мл 2% раствора солянокислого гидроксиламина, добавляют 1 мл исследуемого вещества, затем несколько капель метилового оранжевого.

Опыт №2.

Методика:

При использовании в опыте щелочного раствора солянокислого гидроксиламина, карбонильные соединения обнаруживаются по выпадению осадка. К раствору (1 мл) исследуемого вещества прибавляют 1 мл щелочного раствора гидроксиламина. Выпадает белый осадок оксима.

в) реакция с гидросульфитом натрия.

Альдегиды, алифатические метилкетоны, алициклические кетоны при взаимодействии с гидросульфитом натрия образуют хорошо кристаллизующиеся сульфитные соединения.

OH

│

R─C═O + NaHSO₃ ↔ R─C─SO₃ Na

│ │

H H

Методика:

В пробирку помещают 0,2 г (или 0,2 мл) исследуемого вещества, приливают 1 мл спирта и 1 мл насыщенного раствора гидросульфита натрия.

Пробирку закрывают пробкой, слегка встряхивают. Выпадение кристаллического осадка свидетельствует о наличии карбонильного соединения.

Качественные реакции карбоксильной группы.

1.Определение кислотности.

а) реакция на лакмус.

Влажная синяя лакмусовая бумажка окрашивается в красный цвет. Эта реакция достаточно чувствительная, так что даже для плохо растворимых в воде кислот получают хорошие результаты.

Реакция с гидрокарбонатом натрия.

При взаимодействии карбоновых кислот с гидрокарбонатом натрия происходит выделение СО₂.

RCOOH + NaHCO₃ → RCOONa + CO₂ + H₂O

Методика: В пробирку наливают 2-3 мл 5% раствора соды, добавляют 2-3 капли исследуемого вещества. Наблюдают выделение пузырьков двуокиси углерода.

2.Некоторые специфические реакции органических кислот.

а) реакция оксикислот с хлоридом железа.

Данная реакция характерна для α-оксикислот, дающих с хлоридом железа (FeCl₃) интенсивное ярко-желтое окрашивание в результате образования стойких комплексных солей железа при одновременном окислении оксикислоты и восстановлении иона железа с Fe³⁺ до Fe²⁺

3 R─CH─COOH + FeCl₃ → (R─CH─COO)₃Fe + 3 HCl

│ │

OH OH

Раствор хлорида железа окрашен в желто-коричневый цвет, поэтому для большей четкости перехода окраски применяют раствор фенолята железа фиолетового цвета.

Методика:

К 3-4 мл 1% раствора фенола добавляют несколько капель 1% раствора хлорида железа. Раствор становится фиолетовым. Добавляют в раствор 0,5 мл исследуемо вещества. Раствор становится ярко-желтым.

б) реакция на щавелевую кислоту.

Щавелевая кислота обнаруживается по образованию нерастворимых кристаллов оксалата кальция.

Методика:

В исследуемое вещество влить 5% раствор едкого кали до слабощелочной реакции на фенолфталеин. Смесь подкислить уксусной кислотой, нагреть до кипения и добавить к ней 10% раствор ацетата кальция. Выпадает белый мелкокристаллический осадок.

COOH COOK

│ +2KOH → │ + 2H₂O

COOH COOK

COOK COO

│ + (CH₃COO)₂Ca → │ Ca ↓ + 2CH₃COOK

COOK COO

Оксалат кальция

В) реакция на винную кислоту.

Данная реакция основана на малой растворимости кислой калиевой соли винной кислоты.

Методика:

К 1 мл водного раствора винной кислоты добавляют каплю раствора фенолфталеина и приливают из бюретки по каплям при постоянном взбалтывании раствор едкого кали. Довольно быстро, ещё при кислой реакции смеси, выпадает обильный кристаллический осадок.

При дальнейшем введении щелочи, осадок постепенно растворяется и при достижении щелочной реакции исчезает. При нейтрализации двухосновной винной кислоты, сначала образуется кислая, а затем средняя соль.

CH(OH)COOH CH(OH)COOK CH(OH)COOK

│ │ ↓ │

CH(OH)COOH CH(OH)COOH CH(OH)COOK

тартрат калия

г) реакция на лимонную кислоту.

Данная реакция основана на малой растворимости кальциевой соли лимонной кислоты.

Методика:

Наливают в пробирку 1 мл 5% раствора лимонной кислоты и добавляют по каплям 10% раствор аммиака до нейтральной реакции по лакмусу.

После чего приливают 1 мл 5% раствора хлорида кальция и осторожно нагревают смесь до кипения.

Выпадает кристаллический осадок цитрата кальция, который при охлаждении смеси растворяется.

CH₂─COOH CH₂─COO CH₂─COO

│ │ Ca │ Ca

2 C(OH)─COOH + CaCl₂ + 6NH₃→ C(OH)─COO (OH)C─COO +NH₄Cl

│ │ │

CH₂─COOH CH₂─COO─Ca─OOC─CH₂

Качественные реакции на сложноэфирную группу.

1. Щелочной гидролиз.

При анализе сложных эфиров используется их способность омыляться под действием щелочей.

O

R─C ─O─R₁ +NaOH → R─COONa + R^‌‌₁‌─OH

Методика:

В пробирке растворяют 0,05-0,1 г анализируемого вещества в 3 мл спирта. Прибавляют несколько капель фенолфталеина и 0,1 н раствор гидроксида натрия в метаноле до появления малинового окрашивания смеси.

Пробирку нагревают на водяной бане до 40-50˚С. Исчезновение окрашивания указывает на связывание щелочи кислотой, образовавшейся в результате гидролиза сложного эфира.

2.Гидроксамовая проба.

Реакция основана на щелочном гидролизе сложного эфира. При гидролизе в щелочной среде в присутствии гидроксиламина гидрохлорида образуются гидроксамовые кислоты, которые с солями железа (Fe³⁺) дают гидроксаматы железа красного или красно-фиолетового цвета.

NH₂OH∙HCl +NaOH → H₂N─OH +NaCl + H₂O.

O O

R─C + H₂N─OH → R─C + R₁OH

OR₁ NHOH

O O

3 R─C + FeCl₃ → [R─C ]₃Fe + 3HCl

NHOH NHO

Методика:

В пробирке нагревают 2-3 капли сложного эфира, с 2 каплями насыщенного раствора солянокислого гидроксиламина в метиловом спирте и оставляют стоять на 1 минуту. Затем добавляют 1 каплю насыщенного спиртового раствора едкого кали и осторожно нагревают до начала кипения. После охлаждения смесь подкисляют 3-5 каплями 1Н соляной кислоты и добавляют 1 каплю 3% раствора FeCl₃. В зависимости от природы сложного эфира и его количества возникает розовая, красная или фиолетовая окраска.

Результаты оформить в виде таблицы:

№ п.п.

Исследуемое вещество

Уравнение реакции

Аналитический эффект

Лабораторная работа № 3

Качественные реакции на основные классы

азотсодержащих органических соединений

Цель работы:

1. Повторить классификацию, строение и свойства основные классы

азотсодержащих органических соединений.

2. Убедиться в том, что свойства определяются строением.

3. Познакомиться с лабораторными способами, распознавания основных классов азотсодержащих органических соединений.

Реактивы, оборудование: 10% раствор нитрита натрия, ледяная уксусная кислота, хлороформ, 15% спиртовой раствор гидроксида калия, соляная кислота, ацетон, 1% раствор нитропруссида натрия, 5% растворкарбонат натрия, пикриновая кислота, реактив Майера, реактив Бушарда, реактив Драгендорфа, едкий натр, 10%-нй раствор нитрита натрия, 1Н соляная кислота, раствор β-нафтола в 2Н едком натре, штатив с пробирками, горелка, газоотводная трубка, филтровальная бумага.

1.Реакции с азотистой кислотой.

а) первичные алифатические амины, при действии азотистой кислоты, реагируют с выделением азота.

Методика:

В пробирку наливают 1 мл исследуемого вещества, затем приливают 1 мл 10% раствора нитрита натрия.

При добавлении к реакционной смеси нескольких капель ледяной уксусной кислоты выделяется азот в виде мелких пузырьков.

NaNO₂ + CH₃COOH→ HNO₂ + CH­₃COONa

R─NH₂ +O═N─OH →R─OH + N₂↑ + H₂O

б) вторичные алифатические амины в данных условиях (опыта) образуют нитрозопроизводные.

R₂NH + HONO →R₂N─N═O + H₂O

Аналогично реагируют ароматические вторичные амины.

Нитрозоамины - жидкости бурого цвета, в ряде случаев возможно выпадение белого или желто-бурого хлопьевидного осадка.

в) чисто алифатические (как и чисто ароматические) третьичные амины с азотистой кислотой не реагируют.

2.Изонитрильная проба. (тяга!)

Является качественной реакцией на первичные амины.

Методика:

В пробирку вносят несколько кристалликов солянокислой соли амина, добавляют 2-3 капли хлороформа и 1 мл 15% спиртового раствора гидроксида калия. Смесь осторожно нагревают. Появляется характерный неприятный запах изонитрила.

Изонитрил ядовит, поэтому после окончания опыта его гидролизуют, приливая в охлажденную пробирку, содержащую изонитрил, 3-4 мл концентрированной соляной кислоты.

В щелочной среде из соли амина свободный амин:

[R─NH₃]⁺Cl + KOH → R─NH₂ + KCl + H₂O

Первичный амин реагирует с хлороформом и избытком щелочи с образованием изонитрила:

R─NH₂ +CHCl₃ + 3KOH →R─N═ C + 3KCl + 3H₂O

3.Открытие первичных и вторичных алифатических аминов пробой с нитропруссидом натрия [Fe(CN)₅NO]

Первичные алифатические амины с ацетоном и нитропруссидом натрия образуют соединения, окрашенные в красно-фиолетовый цвет.

Вторичные алифатические амины при взаимодействии с альдегидом и нитропруссидом натрия образуют соединения, окрашенные в сине-фиолетовый цвет.

Методика:

а) смешивают 1 каплю ацетона с каплей свежеприготовленного 1% раствора нитропруссида натрия и прибавляют 1 каплю испытуемого вещества.

В случае присутствия первичного амина появляется красно-фиолетовая окраска.

б) каплю исследуемого вещества смешивают с одной каплей свежеприготовленного 1% раствора нитропруссида натрия, содержащего 10% (по объему) уксусного альдегида.

Смесь подщелачивают, добавляя 2 капли 5% раствора карбоната натрия.

Появление сине-фиолетовой окраски свидетельствует о наличии вторичного алифатического амина.

4.Открытие третичных аминов реакциями комплексообразования.

Третичные амины (как алифатические, так и ароматические) обладают резко выраженными свойствами из-за неподеленной

пары электронов у атома азота.

∙∙

R─N─R
│

R

Третичные амины легко образуют комплексные соли с металлами, выпадающие в осадок.

Реактивами являются так называемые «общеалкалоидные реактивы», т. к. впервые были предложены для идентификации алкалоидов.

Формулы некоторых реактивов и аналитические эффекты реакций приведены в таблице:

формула и название реактива

пикриновая кислота

(2,4,6 тринитрофенол)

реактив Майера

K₂HgI₄

реактив Бушарда

KI₃

реактив

Драгендорфа

KBiI₄

аналитический

эффект

желтый осадок

белый осадок

бурый осадок

оранжевый осадок

Методика:

К 0,5 мл раствора исследуемого вещества прибавляют 1-2 капли реактива.

Наблюдается выпадение осадка.

1.

R─ ─NH₂ + NaNO₂ + 2HCl → NCl +2H₂O +

+ [R─ ─N≡N]Cl

2. ONa

+ [R─ ─N≡N]Cl + →

ONa

R─ N═N─ + HCl

Методика:

Готовят раствор 0,2 г сульфаниловой кислоты в 0,5 мл 2Н раствора едкого натра (при нагревании) и каплю полученного раствора наносят на фильтровальную бумагу. На образовавшееся пятно каплю 10%-ного раствора нитрита натрия, каплю 1Н соляной кислоты, а затем каплю раствора β-нафтола в 2Н едком натре.

Появляется оранжевое окрашивание.

б) определение вторичной, третичной ароматической аминогруппы определение третичной жирноароматической аминогруппы.

Жирноароматические амины при обработке азотистой кислотой образуют С-нитрозосоединения:

2 R₂─N⁺─ + NaNO₂→ NaCl + H₂O +

Cl^-

+ R₂─N⁺─ ═N─OH

Cl^-

желто-бурый цвет

Методика:

В пробирку с пробкой добавляют 1 каплю исследуемого вещества (н-р диметиланилин) и 2 капли концентрированной серной кислоты.

Содержимое пробирки охлаждают холодной водой. Затем добавляют 2 капли 30%-ного раствора NaNO₂ .

После добавления каждой капли пробирку закрывают пробкой, сильно встряхивают и охлаждают холодной водой.

Смесь окрашивается в желто-бурый цвет, вследствие образования солянокислой соли п-нитрозодиметиланилина.

Для выделения свободного п-нитрозодиметиланилина, в пробирку прибавляют по каплям 5% раствор соды до образования зеленой окраски, а затем 2 мл эфира и встряхивают.

Эфирный слой приобретает изумрудно-зеленую окраску п-нитрозодиметиланилина.

2R₂─N⁺─ ═N─ОН + Na₂CO₃ →NaCl + CO₂+ H₂O +

Cl^-

2R₂─N⁺─ ─N═O

Cl^-

п-нитрозодиметиланилин.

Результаты оформить в виде таблицы:

№ п.п.

Исследуемое вещество

Уравнение реакции

Аналитический эффект

Оглавление

Введение 3

Правила техники безопасности при работе в химической лаборатории 3

и оказание первой помощи 3

Общие правила: 3

Правила пользования реактивами и приборами: 3

Качественный анализ органических соединений по функциональным группам. 5

Основные функциональные группы и классы 5

органических соединений 5

Лабораторная работа № 1 6

1.Присоединение брома 6

2.Проба с перманганатом калия ( реакция Вагнера) 6

3.Образование ацетиленидов 7

2.Обнаружение ароматических углеводородов. 7

а) нитрование ароматических соединений (тяга!). 7

б) алкилирование ароматических соединений. 8

Результаты оформить в виде таблицы: 8

Лабораторная работа № 2 9

Качественные реакции на основные классы 9

кислородсодержащих органических соединений 9

1.Образование эфиров. 9

2.Реакция с раствором хлористого цинка (проба Лукаса) 9

3.Реакции окисления спиртов. 10

4.Реакции комплексообразования. 11

2.Качественные реакции альдегидов. 11

Окислительно-восстановительные реакции. 11

3.Качественные реакции на альдегиды и кетоны. 12

Качественные реакции карбоксильной группы. 14

1.Определение кислотности. 14

2.Некоторые специфические реакции органических кислот. 14

Качественные реакции на сложноэфирную группу. 16

1. Щелочной гидролиз. 16

2.Гидроксамовая проба. 16

Результаты оформить в виде таблицы: 17

Качественные реакции на основные классы 17

азотсодержащих органических соединений 17

1.Реакции с азотистой кислотой. 17

2.Изонитрильная проба. (тяга!) 18

3.Открытие первичных и вторичных алифатических аминов пробой с нитропруссидом натрия [Fe(CN)5NO] 18

4.Открытие третичных аминов реакциями комплексообразования. 19

б) определение вторичной, третичной ароматической аминогруппы определение третичной жирноароматической аминогруппы. 20

Результаты оформить в виде таблицы: 21

Оглавление 22

Литература

1. Габриелян О.С. и др. Химия 10 кл. - Дрофа, 2010.

2. Габриелян О.С. и др. Химия 11 кл. - Дрофа, 2010

3. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Органическая химия. 10 кл. : Учебник для общеобр. учреж-й. - М.: Просвещение, 2010.

4. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Основы общей химии. 11 кл. : Учебник для общеобр.учреж-й. - М.: Просвещение, 2010.

5. Ерохин Ю.М. Химия: Учебник для СПО. - М.: Академия, 2010.

6. Ерохин Ю.М.Сборник задач по химии: Учебн.пособие для СПО. - М.: Академия, 2010.

7. Габриелян О.С. Настольная книга учителя "Химия". Химия 11 кл. ООО

Дрофа, Москва - 2004 .

8. Иванова Р.Г., Коверина А.А. Уроки химии 10-11 кл. методическое

пособие для учителя. Москва "Просвещение", 2008.

9. Магдесиева Н.Н. Учись решать задачи по химии. Москва "Новая

волна", 2009.

10. Нентвич И., Кройдер М., Химический тренажер (1, П ч.) Москва

"Мир", 2012.

11. Цветков Л.А. Органическая химия 11 кл. Москва "Просвещение", 2009-

2011.

12. auk-olymp.ru/doc.v?d=19courses.urc.ac.ru/eng/u6-7.html

13. ru.solverbook.com/

14. minispravochnik.narod.ru/

15. chemistry.videouroki.net/

16. chemistry.ru/