Правила по технике безопасности

Работу с уксусным ангидридом проводить только в вытяжном шкафу и под наблюдением преподавателя.

Нагревание пробирок с растворами производить в вытяжном шкафу, равномерно нагревая нижнюю часть пробирки, в которой находятся жидкости. Отверстие пробирки должно быть направлено от себя и окружающих.

При работе пользоваться только хорошо высушенными пробирками.

Опыт № 1. Получение сернистой соли анилина.

К 0,5 мл анилина добавить несколько капель разбавленной серной кислоты, при этом выделяется в виде белых кристаллов сернистая соль анилина. Напишите уравнение реакции.

Опыт №2. Реакция анилина с ангидридами кислот. Получение ацетанилина.

    Смесь 1 мл анилина и 2 мл воды помещают в пробирку, энергично взбалтывают и добавляют 1 мл уксусного ангидрида. Закрывают пробирку пробкой, снова сильно встряхивают её содержимое. Смесь разогревается и затем затвердевает. Напишите уравнение реакции.

Опыт №3. Конденсация анилина с мочевиной.

    В пробирку помещают 0,3 г мочевины и 1 г анилина. Нагревают смесь на пламени горелки при частом взбалтывании. От начала выделения пузырьков газа продолжают нагревать ещё 6 минут. При реакции конденсации образуется две несмешивающиеся жидкости, затем, после обильного выделения аммиака, смесь загустевает и становится однородной.

    При охлаждении к затвердевшему продукту реакции добавляют 5 мл раствора соляной кислоты и нагревают смесь до полного растворения непрореагировавших исходных веществ. Образовавшаяся дифенилмочевина остается в осадке, её отделяют на воронке Бюхнера и сушат на воздухе. Напишите уравнение реакции.

Опыт №4. Конденсация анилина с бензальдегидом. Конденсация аминов с альдегидами и кетонами приводит к образованию иминов или оснований Шиффа - соединений, содержащих фрагмент -N=C<. Слейте в пробирке 1 мл анилина и 1,1 мл бензальдегида. Обратите внимание на экзотермический эффект реакции. Осторожно нагрейте над пламенем горелки. Обратите внимание на выделяющуюся воду. После охлаждения образовавшийся имин кристаллизуется. Напишите уравнение реакции.

Опыт №5. Диазотирование ароматических аминов.

    Первичные ароматические амины при взаимодействии с азотистой кислотой образуют непрочные диазосоединения, выделяя при этом воду.

В колбу помещают 10 мл разбавленной соляной кислоты и растворяют в ней 1 мл анилина. После охлаждения к раствору медленно и постепенно добавляют 0,5 г азотистого натрия, растворенного в 5 мл воды (процесс диазотирования). При этом смесь не должна разогреваться, в противном случае ее охлаждают на водяной бане в воде со льдом. При выделении пузырьков газа прибавление нитрита натрия замедляют. Через 5-10 минут после окончания добавления нитрита полученный раствор проверяют на предмет окончания реакции диазотирования. (Содержимое колбы оставить для следующего опыта). Напишите уравнение реакции. 

Опыт №6. Исследование свойств полученных диазосоединений.

    а) Разложение диазобензола (хлористого фенилдиазония). В пробирку помещают 1-2 мл полученного в предыдущем опыте раствора диазобензола и нагревают его на небольшом пламени спиртовки. Диазобензол разлагается с выделением пузырьков азота. При этом появляется характерный запах фенола. Напишите уравнение реакции

    б) Реакция образования азосоединения (получение бензолазонафтола). Полоску льняной ткани, предварительно смоченную дистиллированной водой и диазобензолом (полученным в опыте №4), опустите в стаканчик с 3 мл щелочного раствора α- или β-нафтола. Перемешайте стеклянной палочкой. Ткань окрашивается в красный цвет. Напишите уравнение реакции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

ДЛЯ ОТЧЕТА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Диметиламин и этиламин являются:

1) структурными изомерами             3) межклассовыми изомерами

2) гомологами                           4) одним и тем же веществом

2. Напишите структурные формулы всех аминов (первичных, вторичных, третичных), молекулы которых содержат 7 атомов водорода. Укажите тип каждого амина.

3. Первичные амины можно отличить от вторичных с помощью реакции:

1) «серебряного зеркала»                      3) с серной кислотой

2) с кислородом                             4) с азотистой кислотой

4. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме превращений:

C₂H₆ → C₂H₅NO₂ → C₂H₅NH₂ → C₂H₅NH₃Cl → C₂H₅NH₃NO₃ → C₂H₅NH₂

5. Запишите структурную формулу соединения C₇H₉N, которое с минеральными кислотами образует соли, дает изонитрильную реакцию, ацилируется, при действии азотистой кислоты выделяет азот, а при окислении дает бензойную кислоту. Напишите уравнения соответствующих реакций.

6. Ароматические амины обладают более слабыми основными свойствами, чем предельные амины так как …

1) электронная плотность атома азота уменьшена из-за взаимодействия неподеленной пары электронов атома азота с ароматической системой;

2) группа NH₂ проявляет электроноакцепторные свойства;

3) электронная плотность N-H ослаблена из-за взаимодействия с ароматической системой;

4) атомы водорода аминогруппы более прочно связаны с ароматическим кольцом.

7. Запишите уравнения азотистой кислоты со следующими соединениями:

1) п-толуидин;    2) бензиламин; 3) N,N-диэтиланилин

8. Среди перечисленных аминов укажите вторичный амин:

1) изопропиламин                    3) метилизобутиламин

2) диметил-трет-бутиламин      4) метилдиэтиламин

9. Напишите структурные формулы всех аминов (первичных, вторичных, третичных), молекулы которых содержат 3 атомов углерода. Укажите тип каждого амина.

10. Атом азота в аминах находится в … состоянии:

1) возбужденном                  3) негибридном

2) sp²-гибридном                 4) sp³-гибридном

11. Предложите способ получения анилина из метана с использованием неорганических реагентов по схеме:

CH₄ à X₁ à C₆H₆ à X₂ à C₆H₅NH₂

Напишите уравнения соответствующих реакций.

12. Определите строение соединения C₄H₁₁N, которое растворяется в соляной кислоте, вступает в реакцию N-ацилирования, взаимодействует с азотистой кислотой с выделением азота и образованием соединения C₄H₁₀O. Напишите уравнения соответствующих реакций.

13. Предельные амины более сильные основания, чем аммиак благодаря:

1) неподеленной электронной паре атома азота;

2) электронодонорным свойствам предельных углеводородных радикалов;

3) слабым кислотным свойствам атомов водорода;

4) полярности связи C-N

14. Запишите уравнения азотистой кислоты со следующими соединениями:

1) м-толуидин; 2) изопропиламин  3) N,N-диметиланилин

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Напишите структурные формулы трех изомеров толуидина, назовите их по международной и рациональной номенклатуре.

2.  Выбрать из предложенных соединений первичные, вторичные, третичные амины. Дайте название всем соединениям.

3. Как с помощью реакции Н.И.Зимина получить анилин?

4. Как получить из бромбензола п-броманилин?

5. Какая реакция аминов является качественной реакцией на амино-группу?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Цель работы. В работе описаны наиболее часто применяемые качественные реакции на различные функциональные группы и различные способы идентификации важнейших функциональных групп для определения принадлежности органического соединения к определенному классу.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Введение

Принадлежность органических веществ к определенным классам соединений, их строение, степень чистоты устанавливаются с помощью элементного и функционального анализа.

Качественный элементный анализ позволяет определить, из атомов каких элементов построены молекулы органического вещества; количественный элементный анализ устанавливает элементный состав соединения и простейшую формулу.

При выполнении элементного анализа органические вещества «минерализуют», т. е. разлагают таким образом, чтобы углерод пре­вратился в СO₂, водород — в Н₂O, азот — в N₂ , NH₃ или ионы CN^- и т. п. Дальнейшее определение проводят обычными методами ана­литической химии. В современных методах количественного анализа используются навески порядка 2—5 мг.

Данные элементного анализа недостаточны для отнесения вещества к определенному классу соединений. Эта задача решается с помощью функционального анализа, т. е. определения группировок атомов, обладающих характерной реакционной способностью, — так назы­ваемых функциональных групп (например, —ОН, — СООН и др.). В функциональном анализе применяются химические, физические и физико-химические методы.

Для качественных проб на функциональные группы выбираются реакции, при которых происходит изменение окраски или разделение фаз (выпадение осадка, выделение газа). Большое значение при этом имеет избирательность и чувствительность реакций.
    Реакций, характерных только для какой-либо одной функциональ­ной группы, известно немного, и для того, чтобы установить, к ка­кому классу соединений относится данное вещество, нужно проделать несколько качественных реакций.

Методы количественного функционального анализа позволяют установить содержание функциональной группы в данном веществе. По результатам количественного функционального анализа можно также сделать заключение о чистоте вещества или рас­считать содержание соединения в смеси. Подбирая реакции для коли­чественного функционального анализа, стремятся к тому, чтобы один из компонентов смеси легко определялся, т. е. чтобы это была кислота, основание, окислитель, восстановитель, газообразный про­дукт или осадок.

Для идентификации вещества, принадлежность которого к одному из перечисленных выше классов неизвестна, необходимо проделать предварительные испытания и простые классифика­ционные реакции.

В последнее время в анализе органических соединений все боль­шее значение приобретают физико-химические методы исследования: спектроскопия в инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой областях спектра, комбинационное рассеяние света, ядерный магнитный резо­нанс, масс-спектрометрия,хроматография и др*. Эти методы исполь­зуются для- классификации, определения строения и идентификации органических соединений.

2. Качественный элементный анализ.

Определение углерода. При исследовании неизвестного вещества на принадлежность его к классу органических веществ является проба на наличие углерода или прокаливание. Несколько кристаллов или капель вещества помещают на ме­таллическую ложечку и сжигают в пламени горелки. Наблюде­ния во время сжигания позволяют сделать предварительное за­ключение, к какому классу принадлежит вещество. Ненасыщенные соединения (в том числе ароматические) сго­рают с выделением сажи (коптящим пламенем). Алифатические углеводороды сгорают светящимся пламенем и с небольшим обра­зованием сажи. Спирты, т. е. кислородсодержащие вещества, горят слабо светящимся пламенем. Несгораемый остаток на шпа­теле дает основание предположить, что присутствуют металлы. Вещества, содержащие серу, можно узнать по запаху двуокиси серы. При всей простоте этот метод является лишь вспомогательным методом. Некоторые вещества, например, спирты или эфиры, уже при слабом нагревании испаряются раньше, чем могут загореться, другие - возгоняются (переходят сразу из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое). Такие вещества сжигают в смеси с порошком оксида меди. Такой метод является универсальным, так как позволяет открыть углерод не только в твердых, но также в жидких и даже газообразных веществах.

Определение азота. Широко известен простой и надежный способ отличия натуральных шерстяных тканей от других. Шерстяная нитка при горении сжимается и распространяет характерных запах паленой шерсти. Этот запах характерен для азотсодержащих белковых веществ (мясо, кожа, белок, казеин и т.п.) и позволяет открывать ничтожные количества азотистых веществ. Многие азотсодержащие вещества при нагревании с избытком натронной извести выделяют аммиак, который легко узнать по запаху, либо по посинению лакмуса (щелочная среда). Однако универсальным методом открытия азота в органических веществах является сплавление вещества с кусочком металлического натрия.

Определение серы. Наличие серы в органических веществах обнаруживается по выделению сероводорода (как при гниении), который имеет запах тухлых яиц. Общим способом открытия серы в органических веществах является сплавление его с металлическим натрием.

Определение галогенов. Качественная реакция на ион серебра не может быть применена для обнаружения галогенов в органических веществах, так как они не дают ионов галогена. Поэтому даже в таком насыщенном хлором соединении, как четыреххлористый углерод CCl₄ не обнаруживается осадок AgNO₃. В таких случаях можно перевести галоген в неорганическое соединение, что иногда бывает затруднительно. Универсальным метод открытия галогенов в органических веществах является способ отщепления галогена под действием водорода в момент выделения, либо проба Бейльштейна.