9.2. Общие закономерности реакционной способности органических соединений

Лабораторная работа № 1. Биологически важные реакции электрофильного присоединения, электрофильного замещения и элиминирования

Цель работы: изучить реакции электрофильного присоединения, замещения и элиминирования с участием органических соединений.

Реактивы: раствор олеата натрия, бромная вода (разбавленная), анилин, этанол; концентрированная серная кислота, оксид алюминия.

Опыт 1.1. Бромирование непредельных соединений.

В одну пробирку помещают 1 мл водного раствора олеата натрия, в другую – такой же объем дистиллированной воды. В каждую пробирку добавляют по 0,5 мл водного раствора брома (бромная вода). Сравнивают окраску содержимого пробирок.

Уравнение реакции:

СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СОONa + Br₂  СН₃(СН₂)₇СНBr-CHBr(СН₂)₇СОONa

^{натриевая соль олеиновой к-ты натриевая соль 9,10- дибромстеариновой к-ты}

Опыт 1.2. Бромирование ароматических соединений. Образование триброманилина.

В пробирку помещают 0,5мл анилина и 2-3 мл дистиллированной воды, перемешивают; затем прибавляют по каплям бромную воду. Наблюдают обесцвечивание бромной воды и выпадение белого осадка триброманилина.

Уравнение реакции:

Опыт 1.3. Получение этилена дегидратацией этанола и его бромирование.

В пробирку помещают 0,5 мл этанола, добавляют 1,5-2,0 мл концентрированной серной кислоты и несколько крупинок оксида алюминия. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опускают в пробирку-приёмник с бромной водой. Пробирку с реакционной массой нагревают. Наблюдают постепенное обесцвечивание бромной воды. Нагревание прекращают после того, как будет вынута трубка из пробирки-приёмника.

Внимание! В начале нагревания отгоняется диэтиловый эфир (появляется характерный запах), и только при дальнейшем нагревании — этилен (газ без запаха). Необходимо проследить за тем, чтобы опыт был проведен до конца, пока раствор в первой пробирке не приобретет бурую окраску.

Уравнения реакций:

– получение этилена:

– взаимодействие с бромом:

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятия «электрофил». В реакциях какого типа могут принимать участие электрофильные частицы?

2. Лекарственный препарат «Линетол», получаемый из льняного масла, содержит смесь эфиров олеиновой, линолевой и линоленовой кислот. Произойдёт ли обесцвечивание бромной воды при её взаимодействии с водным раствором этого препарата? Ответ поясните.

3. Отличается ли механизм бромирования алкенов и ароматических соединений? Приведите общую схему механизма взаимодействия электрофильной частицы с бензолом.

4. Напишите реакцию бромирования бензойной кислоты. Объясните различие в активирующем и ориентирующем влиянии аминогруппы (оп. 1.2) и карбоксильной группы.

Лабораторная работа № 2. Биологически важные реакции нуклеофильного замещения, нуклеофильного присоединения, нуклеофильного присоединения – элиминирования, радикального замещения

Цель работы: изучить реакции нуклеофильного замещения, присоединения, присоединения – элиминирования, радикального замещения с участием органических соединений.

Реактивы: насыщенный раствор 2,4-динитрофенилгидразина, формалин, ацетон, насыщенный раствор гидросульфита натрия; лед; безводный ацетат натрия; гидроксиламин, медная проволока, бромид калия, этанол, серная кислота.

Опыт 2.1. Получение бромэтана.

В пробирку помещают 0,1…0,2 г бромида калия, добавляют 1 мл этанола и 1 мл концентрированной серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опускают во вторую пробирку-приёмник, содержащую 1 мл воды. Пробирка-приёмник помещена в стаканчик со смесью воды и льда. Реакционную смесь осторожно нагревают до кипения, прогревая сначала верхний слой. Постепенно кристаллы бромида калия растворяются, а во второй пробирке собираются бесцветные тяжелые капли бромэтана. Перегонку ведут до исчезновения кристаллов бромида калия. Пипеткой удаляют из второй пробирки верхний водный слой.

Для обнаружения бромпроизводных используют пробу Бельштейна: медную проволоку, смоченную бромэтаном, вводят в пламя горелки. Сначала пламя становится светящимся (сгорает углерод), а затем появляется интенсивное зеленое окрашивание, которое придают пламени галогениды меди.

Пробирку-приемник при перегонке необходимо охлаждать для предотвращения испарения бромэтана, имеющего низкую температуру кипения (38,4°С).

Уравнения реакций:

CH₃CH₂ОН + КBr → CH₃CH₂Br + КОН

Опыт 2.2. Взаимодействие формальдегида с 2,4- динитрофенилгидразином.

В пробирку помещают 0,5 мл насыщенного раствора 2,4- динитрофенилгидразина, добавляют 0,5…1,0 мл формалина. Наблюдают появление желтого осадка.

Уравнение реакции:

Опыт 2.3. Присоединение гидросульфита натрия к ацетону.

На предметное стекло помещают 1 каплю насыщенного раствора гидросульфита натрия и добавляют 1 каплю ацетона. Стекло сушат над плиткой и рассматривают форму образовавшихся кристаллов.

Уравнение реакции:

Опыт 2.4. Взаимодействие уксусной кислоты с этанолом.

В пробирку помещают 0,1 г безводного ацетата натрия, добавляют 0,5 мл этанола и несколько капель концентрированной серной кислоты. Пробирку осторожно нагревают в течение 20…30 с. Содержимое пробирки выливают в фарфоровую чашку с холодной водой. Отмечают появление характерного запаха.

Уравнение реакции этерификации:

2CH₃COONa + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + Na₂SО₄

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятия «нуклеофил». Приведите схемы бимолекулярного и мономолекулярного механизмов нуклеофильного замещения.

2. По какому механизму (S_N2 или S_N1) протекает щелочной гидролиз 1-бромбутана?

3. Напишите реакцию гидролиза этилацетата в щелочной среде.

4. Можно ли использовать реакцию с фенилгидразином для выделения альдегидов и кетонов из трудноразделяемых смесей?

Лабораторная работа № 3. Изучение химических свойств гетерофункциональных соединений

Цель работы: изучить кислотно-основные и хелатообразующие свойства -гидроксикислот и -аминокислот.

Реактивы: салициловая кислота, ацетилсалициловая кислота, винная кислота, 5 %-ный раствор гидроксида калия, 10 %-ный раствор гидроксида натрия, 5 %-ный раствор сульфата меди; насыщенный раствор гидрокарбоната натрия; 5 %-ный раствор фенола; 1 %-ный раствор хлорида железа (III); молочная кислота; концентрированная серная кислота; глицин.

Опыт 3.1. Получение и свойства солей винной кислоты.

3.1.1. В пробирку помещают 0,5 мл 15 %-ного раствора винной кислоты и 0,5 мл 5 %-ного раствора гидроксида калия, интенсивно встряхивают и наблюдают постепенное выделение белого кристаллического осадка гидротартрата калия.

Уравнения реакций:

3.1.2. К полученному осадку добавляют по каплям 10 %-ный раствор гидроксида натрия до полного его растворения. Образующийся раствор двойной калий-натриевой соли винной кислоты (сегнетовой соли) используют далее в опыте 3.1.3.

3.1.3. В пробирку помещают 0,5 мл 5 %-ного раствора сульфата меди, добавляют раствор гидроксида натрия до выпадения голубого осадка. К образовавшемуся осадку гидроксида меди (II) добавляют раствор сегнетовой соли, полученной в оп. 3.1.2 . Отмечают изменение окраски раствора.

Уравнения реакций:

CuSO₄ + 2NaOH  Cu(OH)₂↓+ Na₂SO₄

Опыт 3.2. Свойства салициловой кислоты.

3.2.1. На предметное стекло помещают несколько кристаллов салициловой кислоты и добавляют одну каплю насыщенного раствора гидрокарбоната натрия. Наблюдают выделение газа.

У равнение реакции:

3.2.2. В сухую пробирку помещают 0,5 г салициловой кислоты и осторожно нагревают нижнюю часть пробирки. Происходит декарбоксилирование салициловой кислоты с образованием фенола, который обнаруживают по характерному запаху.

У равнение реакции:

3.2.3. В две пробирки помещают по 0,5 г салициловой и ацетилсалициловой кислот, добавляют по 1 мл воды и к полученному раствору добавляют 0,5 мл бромной воды. Отмечают наблюдаемые изменения в каждой пробирке.

У равнение реакции:

Опыт 3.3. Гидролиз ацетилсалициловой кислоты.

В две пробирки помещают по нескольку кристалликов ацетилсалициловой и салициловой кислоты, добавляют в каждую пробирку по 0,5 мл воды и 0,5 мл раствора хлорида железа (III), отмечают окраску раствора в каждой пробирке. Раствор нагревают до кипения, отмечают изменение окраски.

Контрольные вопросы

1. Наличие какого фрагмента в молекуле винной кислоты доказывает реакция образования фелинговой жидкости?

2. Наличие какой функциональной группы (групп) в салициловой кислоте доказывает реакция декарбоксилирования?

3. Напишите схему гидролиза ацетилсалициловой кислоты. Какое применение в медицинской практике находит ацетилсалициловая кислота и продукт её гидролиза?

4. Образует ли салициловая кислота окрашенный комплекс с катионом железа? А бензойная кислота? Ответ поясните.

5. В чём отличие реакций разложения от реакций отщепления (элиминирования)? Как выглядел бы продукт взаимодействия молочной и серной кислот, если бы реакция проходила в других условиях и серная кислота выступала бы в роли водоотнимающего средства?

Лабораторная работа № 4. Окислительно - восстановительные свойства веществ.

Цель работы: изучить окислительно - восстановительные свойства органических соединений.

Реактивы: 10 %-ные растворы серной кислоты и гидроксида натрия, хромовая смесь, 5 %-ный раствор сульфата меди (II), 5 %-ный раствор перманганата калия, этанол, формальдегид; насыщенный раствор щавелевой кислоты; ацетон.

Опыт 4.1. Окисление спиртов.

В пробирку наливают 2 мл хромовой смеси и добавляют по каплям при встряхивании 0,5 мл этилового спирта. Наблюдают изменение цвета и температуры реакционной массы. Одновременно ощущается запах уксусного альдегида, напоминающий запах зеленого яблока (нюхать осторожно!).

Уравнение реакции

3С₂Н₅ОН + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄  3СН₃CHO + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O

Опыт 4.2. Окисление альдегидов.

В две пробирки наливают по 1 мл 10 %-ного раствора гидроксида натрия, добавляют 0,5 мл раствора сульфата меди. К образовавшемуся голубому осадку гидроксида меди (II) добавляют: в первую пробирку – 1 мл раствора формальдегида, во вторую – 1 мл ацетона. Пробирки осторожно нагревают до кипения. Отмечают наблюдаемые изменения.

Уравнения реакций:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

HCНО + 2Cu(OH)₂↓ HCООН + 2CuOH↓ + H₂O

^{голубой желтый}

2СuOH Cu₂O↓ + H₂O,

^{красный}

Сu(OH)₂ CuO↓ + H₂O СН₃ – СО – СН₃ + 2Cu(OH)₂↓

^черный

Опыт 4.3. Окисление щавелевой кислоты.

В пробирку наливают 2 мл 5 %-ного раствора перманганата калия, 1 мл 10 %-ного раствора серной кислоты и 1 мл насыщенного раствора щавелевой кислоты. Пробирку закрывают пробкой с изогнутой газоотводной трубкой, конец которой опускают в пробирку с 3 мл известковой воды. Реакционную смесь осторожно нагревают. Наблюдают за результатами реакции окисления щавелевой кислоты.

Уравнения реакций:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

Контрольные вопросы

1. Сравните лёгкость окисления первичных, вторичных и третичных спиртов.

2. Какие карбонильные соединения окисляются в более мягких условиях: альдегиды или кетоны?

3. Можно ли отнести карбоновые кислоты к веществам, устойчивым к окислению? Какие карбоновые кислоты относительно легко вступают в реакции с окислителями?

4. В какую кислоту превращается масляная кислота в организме больных диабетом?

5. Соединения какого типа выступают в живых организмах в качестве ингибиторов окислительных процессов?