1. Галогенопроизводные алифатических углеводородов

Лабораторная работа №1

 

1. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ АЛИФАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

 

Опыт 1. Получение хлорэтана

 

Реактивы  и оборудование: смесь этилового спирта и концентрированной серной кислоты в отношении 2:1 (по объему), хлорид натрия; прямые газоотводные трубки с оттянутым концом, пробирки.

 

В пробирку наливают 3—4 мл смеси этилового спирта и  концентрированной серной кислоты (2:1), добавляют на кончике шпателя растертого в порошок хлорида натрия (~ 0,1 г). Пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой с оттянутым концом и очень осторожно нагревают в пламени горелки. Выделяющийся хлорэтан поджигают у конца газоотводной трубки; он горит характерным пламенем с зеленой каймой.

NaCl(к)  +  Н₂SО₄(конц.) = HCl ­ + NaHSO₄

 

                                                                    H₂SO₄                                            +            ^-OSO₃H

CH₃— CH₂— OH    ®    CH₃— CH₂— O—H     ® CH₃—CH₂—OS0₃H

                                               - ^-OSO₃H                ½       -H₂0

                                                                               H

 

CH₃—CH₂—OS0₃H + HCl ® CH₃—CH₂—Cl + H₂S0₄

 

Рассмотрите механизмы  реакций (S_N2) образования этилсерной кислоты и этилхлорида.

 

Опыт 2. Щелочной гидролиз алкилгалогенидов

(реакции  нуклеофилыюго замещения)

 

Реактивы  и оборудование: этилбромид, этилиодид, трет-бутилбромид, трет-бутилиодид (или другие алкилгалогениды), 10%-ный раствор гидроксида натрия, 1%-ный раствор нитрата серебра, 20%-ный раствор азотной кислоты; пипетки, обратные холодильники к пробиркам, пробирки.

 

Обычно для данного  опыта используют несколько алкилгалогенидов с различной подвижностью галогена.

В несколько пробирок наливают по 0,5 мл исследуемых алкилгалогенидов и каждый из них 2—3 раза промывают дистиллированной водой. Для этого в каждую пробирку добавляют по 3 мл воды, смесь интенсивно встряхивают и после расслоения большую часть воды сливают. После промывания к алкилгалогенидам приливают по 2 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, пробирки закрывают пробками с обратными холодильниками, содержимое пробирок интенсивно встряхивают. Очень осторожно при встряхивании смесь нагревают, не доводя до интенсивного кипения, так как алкилгалогенид может испариться:

 

R—Hal + NaOH ® R—ОН + NaHal

 

После охлаждения по 1 мл щелочного  раствора переливают в другие пробирки. Гидролизаты подкисляют 20%-ным раствором азотной кислоты и добавляют несколько капель 1%-ного раствора нитрата серебра:

 

NaHal + AgNO₃ ® AgHal ¯ + NaNO₃

 

Количество образующегося  осадка AgHal зависит от подвижности галогена в используемых  алкилгалогенидах.

Напишите уравнения  реакций щелочного гидролиза  взятых для опыта алкилгалогенидов и рассмотрите их механизмы (S_N2 и S_N1). По какому механизму вступают в реакцию первичные, вторичные и третичные алкилгалогениды? Зависит ли скорость реакции замещения галогена в алкилгалогенидах от природы галогена? Приведите объяснение.

 

Опыт 3. Свойства хлороформа

 

Реактивы и оборудование: хлороформ, 10%-ный раствор гидроксида натрия, раствор иода в иодиде калия, 1%-ный раствор нитрата серебра, 10%-ный раствор аммиака, 20%-ный раствор азотной кислоты; обратные холодильники к пробиркам, стаканы на 100 мл, лед, пробирки.

 

3.1. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и 1 мл воды. Закрывают пробирку пробкой и интенсивно встряхивают. Через некоторое время образуются два слоя, так как хлороформ практически нерастворим в воде.

3.2. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и добавляют несколько капель раствора иода в иодиде калия. Смесь интенсивно встряхивают. Через некоторое время нижний слой приобретает розовую окраску. Хлороформ хорошо растворяет иод, при встряхивании иод переходит из водного слоя в хлороформ, окрашивая его в розовый цвет.

3..3. Щелочной гидролиз хлороформа. В пробирку наливают 1 мл хлороформа и 3 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником. Смесь очень осторожно при встряхивании нагревают на газовой горелке до кипения, а затем охлаждают в ледяной бане. В этих условиях происходит гидролиз хлороформа с образованием хлорида натрия и натриевой соли муравьиной кислоты:                                           

Для обнаружения хлорид-ионов  часть гидролизата отливают в другую пробирку и после подкисления 20%-ной азотной кислотой добавляют несколько капель нитрата серебра. Наблюдают выпадение белого творожистого осадка хлорида серебра:

 

NaCl + AgNO₃ = AgCl ¯ + NaNO₃

 

Обнаружение муравьиной кислоты  в растворе основано на ее способности легко окисляться благодаря наличию карбонильной группы. К оставшейся части гидролизата хлороформа приливают свежеприготовленный аммиачный раствор гидроксида серебра. Пробирку нагревают на горячей водяной бане. Через некоторое время наблюдают образование металлического серебра (реакция «серебряного зеркала»):

 

HCOONa + 2[Ag(NH₃)₂]OH = NaHCO₃ + 2Ag ¯ + 4NH₃ + H₂O

 

 

 

Лабораторная работа №2

 

2. ОКСИПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

 

2.1.  Спирты

 

Опыт 4. Образование и свойства этилата  натрия

 

Реактивы  и оборудование: этиловый спирт (абсолютный), металлический натрий, 1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина; прямые газоотводные трубки с оттянутыми концами, пробирки.

 

В сухую пробирку наливают 2—3 мл абсолютного  этилового спирта и аккуратно  вносят кусочек металлического натрия величиной с маленькую горошину. Пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой. Реакция идет бурно с выделением водорода:

 

2СН₃—СН₂—ОН + 2Na = 2СН₃—СН₂—ONa + Н₂­

 

Через минуту после начала реакции поджигают выделяющийся газ у конца газоотводной трубки:

 

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

 

Если реакция этанола с натрием  сильно замедляется, пробирку можно немного подогреть.

Почему для  этого опыта нужно брать абсолютный спирт, а не ректификат? Какие свойства спирта (основные или кислотные) проявляются в реакции с металлическим натрием? Почему этанол взаимодействует с натрием более спокойно, чем вода?

Осторожно нагревая пробирку, доводят реакцию этанола  с натрием до конца. На дне пробирки образуется белый осадок этилата натрия. (В пробирке не должен оставаться металлический натрий.) В пробирку добавляют 1 каплю спиртового раствора фенолфталеина, а затем 1—2 мл дистиллированной воды. В присутствии воды происходит гидролиз этилата натрия:

 

СН₃—СН₂—ONa + Н₂О  ®   СН₃— СН₂— ОН + NaOH

 

Так как при гидролизе этилата натрия образуется щелочь, то фенолфталеин окрашивает раствор в малиновый цвет.

 

Опыт 5. Реакции окисления  этилового спирта

 

Реактивы  и оборудование: этиловый спирт, хромовая смесь, перманганат калия кристаллический, концентрированная серная кислота; пипетки, пробирки.

 

5.1. Окисление спирта  хромовой смесью. В пробирку наливают 1—2 мл хромовой смеси и добавляют по каплям при встряхивании 0,5мл этилового спирта. Цвет смеси изменяется от оранжево-красного до зеленого. При этом ощущается запах уксусного альдегида, напоминающий запах зеленого яблока (нюхать осторожно):

 

ЗСН₃—СН₂—ОН + К₂Сг₂0₇ + 4H₂S0₄ ® ЗСН₃—С=0 + K₂S0₄ + Cr₂(S0₄)₃ + 7Н₂0

                                                                                            ½

                                                                                            Н

 Изменение окраски раствора связано с переходом хрома из степени окисления +6 (оранжево-красное окрашивание) в степень окисления +3 (зеленое окрашивание).

5.2. Окисление спирта перманганатом калия. В сухую пробирку, закрепленную в штативе, аккуратно пипеткой, не смачивая стенок, вносят 2—3 мл концентрированной серной кислоты. По стенке пробирки другой пипеткой приливают 2—3 мл этилового спирта таким образом, чтобы получилось два слоя. Затем насыпают 0,5—1 г перманганата калия, который будет размещаться на границе раздела двух слоев. Через 1—2 мин начинает протекать реакция, сопровождающаяся появлением ярких вспышек. При этом чувствуется запах уксусного альдегида:

 

5СН₃—СН₂—ОН + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄®

® 5СН₃—С=О + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + Н₂О

                                                                                    ½

                                                                                    Н

 

Опыт 6. Получение  простого диэтилового эфира

 

Реактивы и оборудование: смесь этилового спирта и концентрированной серной кислоты в объемном соотношении 1:1, этиловый спирт; пипетки, прямые газоотводные трубки с оттянутыми концами, пробирки.

 

В сухую пробирку наливают 2—3 мл смеси  этилового спирта и концентрированной серной кислоты (1:1) и осторожно нагревают до начинающегося кипения. Затем горелку убирают и к горячей смеси по стенке пробирки добавляют пипеткой 5—10 капель этилового спирта.

 

СН₃—СН₂—ОН + H₂SO₄® СН₃—СН₂—OSO₃H + Н₂О

                                                                                                                   этилсерная кислота

                                                                           t

СН₃—СН₂—OSO₃H +СН₃—СН₂—ОН ® СН₃—СН₂—О—СН₂—СН₃ + H₂S0₄

                                                                                                                                                                           диэтиловый эфир

                

Образование диэтилового  эфира обнаруживают по запаху. Потом пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой с оттянутым концом, осторожно ее нагревают и поджигают выделяющийся эфир.

Напишите механизмы  реакций образования этилсерной кислоты и диэтилового эфира (S_N2).

 

Опыт 7. Получение глицерата и гликолята меди

 

Реактивы  и оборудование: глицерин, этиленгликоль, 2%-ный раствор сульфата меди (II), 10%-ный раствор гидроксида натрия; пробирки.

 

В пробирку наливают 3—4 капли 2%-ного раствора сульфата меди и 2—3 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия:

 

CuSO₄ + 2NaOH  ®  Cu(OH)₂ ¯   +   Na₂S0₄

 

К образовавшемуся осадку голубого цвета добавляют несколько капель глицерина. После перемешивания осадок растворяется, и появляется васильково-синее окрашивание вследствие образования комплексного соединения — глицерата меди:

                                         

 

Опыт повторяют с  этиленгликолем.

Напишите уравнение  реакции образования гликолята  меди. Какие свойства глицерина и этиленгликоля проявляются в опытах с гидроксидом меди (II)?

 

 

2. Фенолы

 

Осторожно! Фенолы вызывают ожоги кожи.

 

Опыт 8. Образование и  разложение фенолятов

 

Реактивы  и оборудование: фенол, 10%-ный раствор гидроксида натрия, 10%-ный раствор серной кислоты, пробирки.

 

К 2 мл смеси фенола с  водой прибавляют по каплям при перемешивании 10%-ный раствор гидроксида натрия до полного растворения фенола:

 

                 

К полученному раствору фенолята натрия по каплям приливают 10%-ный раствор серной кислоты. Наблюдают помутнение раствора в результате разложения фенолята натрия серной кислотой и выделения малорастворимого в воде фенола:

 

                              

 

Опыт 9. Взаимодействие фенола с бромной водой

 

Реактивы  и оборудование: 5%-ный раствор фенола, бромная вода; пробирки.

 

В пробирку наливают 1 мл 5%-ного раствора фенола и по каплям приливают бромную воду. Наблюдают образование белого осадка. При добавлении избытка бромной воды осадок становится желтым.

                         

Рассмотрите механизм реакции  бромирования фенола (S_E). Почему реакция бромирования фенола идет в более мягких условиях по сравнению с толуолом и бензолом? Какой продукт образуется при действии избытка бромной воды на трибромфенол?