Методические указания c органической химии для студентов II курса специальности „Фармация”
Алканы и циклоалканы: номенклатура, изомерия, способы получения, химические свойства и их применение в фармации.
Цель занятия:
а) сформировать знание о строении, классификации, номенклатуре, изомерии, методах добывания и химических свойствах алканов и циклоалканов; б) усвоить основные методики установления физико-химических констант органических веществ и определение их чистоты методом тонкослойной хроматографии.
Практические навыки:
а) овладеть лабораторными методами добывания и изучения химических свойств насыщенных углеводородов алифатического и алициклического ряда; б) уметь составлять оборудование и выполнять важнейшие операции, которые используются для установления органических веществ.
Профессиональная ориентация:
Насыщенные углеводороды являются родоначальниками для всех органических соединений. Источником алканов есть природные ископаемые: природный газ, нефть, сопутствующие газы. Все представители гомологического ряда алканов используют как исходные вещества для синтеза фармацевтических препаратов.
Программа самоподготовки студентов.
1. Первое валентное состояние атома углерода – состояние sp3-гибридизации. Строение, номенклатура и изомерия алканов. Гомологический ряд и гомологическая разница.
2. Номенклатура и изомерия радикалов ряда алканов.
3. Конформации алканов и их производных.
4. Промышленные и лабораторные методы получения алканов.
5. Характеристика химических связей в алканах: С–С и С–Н-связи. Химические свойства алканов: реакции радикального замещения (SR) в ряде алканов. Механизм галогенирования, нитрирования, сульфохлорования. Региоселективность реакции радикального замещения. Понятие о цепных процессах.
6. Окиснение алканов. Крекинг алканов.
7. Идентификация алканов. Отдельные представители алканов (метан, етан, пропан, бутан, вазелиновое масло, вазелин, парафин, озокерит) и их практическое и медицинское значения.
Домашнее задание – выполнить задачи 1, 10, 12, 16.
Ситуационные задачи.
1. Написать структурные формулы изомерных октанов, которые содержат в основной цепи 6 атомов углерода и назвать их за международной и рациональной номенклатурами. Укажите, сколько первичных, вторичных, третичных, и четвертичных атомов углерода находится в каждом из изомеров.
2. Написать структурные формулы: а) 2,2-диметилгептан; б) 2,2,4-триметилпентан; в) пропилизопропилметан; г) 2,2-диметилбутан; д) етилвторбутилнеопентилметан; е) метилетилизопропилтретбутилметан. Назвать данные углеводы за другой номенклатурой.
3. С каких соединений за методом Кольбе можно получитьь 2,3-диметилбутан? Записать соответствующие уравнения реакций.
4. С каких галогеноалканов можно добыть за реакцией В’юрца 3,4-диметилгексан; 2,7-диметилоктан?
5. Записать формулы продуктов хлорирования бутана, изобутана, если исходные вещества даются в эквивалентных количествах?
6. Какие продукты добывают при крекинге бутана и гексана? Записать механизм радикального расщепления.
7. Какие побочные продукты образовываются из пентана по такой схеме: CH3CH2CH2 – I + 2Na + ICH2CH3 ® C5H12 + 2Na? Записать соответствующие схемы реакций.
8. Предложите методы получения алканов, с использованием которых количество атомов углерода в соединении: а) остается такой самой; б) уменьшается на единицу; в) увеличивается вдвое. Приведите соответствующие реакции и условия их проведения.
9. Написать структурную формулу наиболее богатого на метильныые группы октана.
10. Правильно ли названные углеводороды: а) 3-пропілпентан; б) 3,2-метилпентан; в) 4-изобутилгексан; г) бутил-2,3,5-триметилгептан. Напишите структурные формулы углеводородов. Определите главную углеродную цепь, пронумеруйте ее и проверьте правильность названия алкана. Неправильно названные углеводороды назовите правильно согласно номенклатурным правилам ІЮПАК.
11. Какой объем 2,4%-го раствора гидроксида натрия (плотность1,12 г/см3) необходимый для нейтрализации оксида углерода (IV), что выделяется при сгорании 6,4 г 2,2,3-триметилгексана с образованием кислой соли?
12. Напишите схемы реакций, которые последовательно происходят при получении 2- йодбутана с 1,3-дибромо-2-метилпропану.
13. Предложите путь синтеза 2-бромо-2,3-диметилбутана из пропана. Напишите схемы реакций, которые последовательно происходят.
14. Алкан с молекулярной массой 72 образовывает при радикальном бромуваннии лишь одно третичное бромпроизводное. Приведите строение исходного алкана.
15. Напишите схемы реакций 2-метилбутана, постепенно используя следующие реагенты: бром при облучении УФ-светом, металлическим натрием, разбавленной нитратной кислотой при нагревании.
16. Каким путем с 2-метилпропана можно синтезировать 2,2,3,3-тетраметил-1-нитробутан? Напишите схемы реакций, которые последовательно происходят.
17. Соединение состава С4Н8 вступает в реакцию гидрирования при нагревании над Ni – катализатором, взаимодействует с хлороводородной кислотой и не окисляется раствором перманганата калия. Установите строение этого соединения и напишите схемы указанных реакций.
18. Определите строение углеводорода С5Н10, если известно , что он стойкий к действию раствора перманганата калия, при взаимодействии с бромом образовывает соединение С5Н10Вr2, а при гидрировании над Ni – катализатором в качестве единственного продукта получают 2 – метилбутан.
19. Какие вещества образовываются в результате реакций фотохимического бромирования и хлорирования соединений, что является продуктом каталитического гидрирования 1,1 – диметилциклобутана? Приведите схемы реакций.
20. С помощью каких последовательных реакций с 1,1-диметилциклопропана можно синтезировать 3,3,4,4- тетраметил-2-нитрогексан? Напишите схемы реакций.
21. Напишите схемы реакции 2,4-диметилпентану с 2 моль брома при УФ – облучении. На полученное бромпроизводное постепенно действовали цинковой пыльцой, бромоводородной кислотой и металлическим натрием. Назовите за заместительной номенклатурой конечный и промежуточные продукты.
22. С помощью каких последовательных превращений с метилциклопропана можно синтезировать 3-бромо-3,4-диметилгексан? Напишите схему этих превращений.
Практическая часть.
Опыт 1. Добывание метана и изучение его свойств.
Реактивы: смесь для добывания метана – калий ацетат или натрий ацетат (безводный, плавленный), натронная известь свежо прожаренная (1:2); калий перманганат (1%-ной раствор), бромная вода (насыщенный раствор).
Оборудование и материалы: пробирки с пробками и газоотводными трубками, штатив, фарфоровая чашка, кристализатор, спиртовка или газовая горелка.
Методика выполнения. В сухую пробирку вносят смесь натрий (калий) ацетата и натронной извести (смесь натрий гидроксида с кальций гидроксидом, который добавляют, чтобы не разъедалось стекло). Пробирку заполняют на 1/5 ее содержимого и закрывают пробкой с газоотводной трубкой, соединенной резиновой трубкой со стеклянным наконечником, суженным с одного конца, и закрепляют на штативе с небольшим наклоном в сторону пробки (рис. 1). Это делают для того, чтобы пробирка не треснула во время попадания на нее воды, которая может выделиться с недостаточно прожаренных натрий ацетата и натронной извести.
Смесь в пробирке нагревают пламенем горелки или спиртовки. Сначала прогревают всю пробирку, а потом сильно нагревают ту ее часть, где содержится смесь для добывания метана. Нагревания начинают от дна пробирки. Потом пламя постепенно перемещают для того, чтобы прореагували новые порции смеси. Сначала из пробирки выжимает воздух, а потом начинает выделяться метан, образования которого происходит согласно уравнению:
СH3–COONa + NaOH ® CH4 + Na2CO3
Суженный конец газоотводной трубки, из которой выделяется метан, уводят в пробирку, в которую предварительно наливают 1-2 мл бромной воды. Метан пропускают через бромную воду на протяжении 10-15 с. (Что наблюдаете?) Потом аналогично метан пропускают через 1-2 мл 1%-го раствора калий перманганата.
После этого суженный конец газоотводной трубки, из которой выделяется метан, размещают вертикально. Метан, который выделяется из трубки, производят поджог. Он сгорает. Какой цвет имеет пламя? В пламя зажженного метана вносят фарфоровый шпатель. Убеждаются, что на его поверхности не образовывается копоти. Итак, метан окисляется полностью:
CH4+2O2=CO2+2H2О
Если метан из реакционной смеси выделяется не очень интенсивно и зажечь его на выходе из газоотводной трубки не удается, то его собирают в пробирке, вытесняя из нее воду. Для этого наполненную водой пробирку размещают дном кверху в кристализаторе с водой и закрепляют ее в штативе. Потом конец газоотводной трубки, из которой выделяется метан, подводят к отверстию пробирки. Метан, вытисняя воду, собирается в пробирке (рис. 2).
Наполнив пробирку метаном, закрывают ее под водой пробкой, вынимают из кристализатора и вставляют в штатив. Чтобы увидеть горение метана, который собрано в пробирке, ее открывают. К отверстию пробирки подносят зажженную спичку и одновременно наливают к ней воды из промывалки или другой пробирки (рис. 2).
Наблюдают, как метан горит над водой голубым пламенем.
Сделайте вывод о химических свойствах метана; запишите наблюдение и уравнение соответствующих реакций.
Опыт 2. Свойства жидких насыщенных углеводородов.
Реактивы: н- гексан или другие жидкие насыщенные углеводороды, бром, бромная вода (насыщенный раствор), 1%-ной раствор калий перманганата, концентрированная сульфатная кислота, 25%-ной раствор аммиака.
Оборудование и материалы: электрическая лампочка (200-300 Вт) или фотолампа с матовым стеклом (500 Вт); стеклянная палочка; микропипетка; синяя лакмусовая бумажка.
Методика выполнения.
а) Отношение жидких алканов к бромной воде и водному раствору перманганата калия. В две пробирки наливают по 1 мл н- гексану или другого жидкого насыщенного углеводорода, после этого до одной из них прибавляют 0,5 мл бромной воды, а к другой – 0,5 мл 1%-го раствора калий перманганата. Реакционные смеси в пробирках интенсивно перемешивают. Что наблюдаете? Бром и водный раствор калий перманганата не обесцвечиваются. В пробирке с бромной водой гексан экстрагирует бром из водного раствора. Поэтому верхний шор смеси, в которой содержится гексан, окрашивается бромом.
б) Отношение жидких насыщенных углеводородов к концентрированным нитратной и сульфатной кислотам. В две сухие пробирки наливают по 1 мл н- гексана или другого жидкого насыщенного углеводорода. Потом до одной из них прибавляют 1 мл концентрированной нитратной кислоты, а к другой – 1 мл концентрированной сульфатной кислоты. Смесь веществ в пробирках интенсивно перемешивают на протяжении 15-20 с, охлаждают пробирки в воде. Что наблюдаете?Как объяснить, исходя из электронного строения насыщенных углеводородов, их инертность относительно бромной воды, раствора калий перманганата, концентрированных кислот (при комнатных условиях). Можно ли нитровать и сульфировать насыщенные углеводороды?
в) Бромирование жидких алканов на свете. (Опыт проводят под вытяжным шкафом). В сухую пробирку наливают 1 мл н- гексана или другого жидкого насыщенного углеводорода и к нему микропипеткой прибавляют одну каплю брома. Бром растворяется в гексане и окрашивает его в бурый цвет, который не исчезает при стоянии реакционной смеси. Потом реакционную смесь в пробирке интенсивно освещают электрической лампочкой. Наблюдается постепенное обесцвечивание брома и образование бромоводорода, который обнаруживают, внося в отверстие пробирки пинцетом смоченный водой синюю лакмусовую бумажку или стеклянную палочку, смоченную концентрированным (25%-им) раствором аммиака (образовывается белый туман аммоний бромида).
Сделайте вывод и запишите уравнение соответствующих реакций. Объясните, почему насыщенные углеводороды бромируются на свете, а без него в реакцию с бромом не вступают.
Опыт 3. Добывание бутана за реакцией В’юрца-Шорыгина.
Реактивы: йодистый етил, ацетонитрил, натрий металлический.
Оборудование и материалы: пробирки с пробками и газоотводыми трубками, спиртовка или газовая горелка.
Методика выполнения. В пробирку вносят 2 мл йодистого етила, одну каплю катализатора ацетонитрила и несколько небольших кусочков металлического натрия. Быстро закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой, осторожно нагревают к началу реакции, после чего она проходит самовольно. Когда в пробирке не останется воздуха, газ, который выделяется, поджигают. Что при этом наблюдается? Какой характер пламени? Дать объяснение и записать уравнение соответствующих реакций.
Опыт 5. Горение гексана.
Реактивы: гексан.
Оборудование и материалы: фарфоровая чашка.
Методика выполнения. В фарфоровую чашку наливают 1 мл гексана и поджигают. Сравните цвет пламени гексана и метана. Чем объяснить отличие? Напишите уравнение реакции.
Контрольные вопросы к работе.
1. Сравнить цвет пламени метана и гексана. Какую разницу вы наблюдаете? Чем это можно объяснить?
2. Чем можно объяснить, что при добывании метана дно пробирки должно находиться выше, чем отверстие?
3. Какой реакцией можно показать, что алканы стойкие к действию окислителей? В каких условиях возможно окиснення алканов? Приведите примеры реакций.
4. За каким механизмом происходит реакция бромирования алканов? Приведите механизм бромирования гексана.
5. Какие изомеры могут образовываться в результате бромирования гексана? Ответ объясните и напишите уравнение реакций.
Студент должен знать:
– строение, классификацию, номенклатуру, изомерию, методы добывания и химические свойства алканов.
Студент должен уметь:
– получать в лабораторных условиях метан, бутан;
– проводить реакции, которые характеризуют химические свойства алканов.
Список рекомендованной литературы:
Основная:
1. В. П. Черных, Б. С. Зименковський, И. С. Грищенко. Органическая химия. В 3-х ч. Харьков “Основа”, 1986. Ч.
2. С. 11-26. 2. Ю. О. Ластухін, С. А. Воронов. Органическая химия. Львов “Центр Европы”, 2000. С. 203-229.
3. Б. Н. Степаненко. Курс органической химии. В 2-х. ч. М.: Высш. Шк., 1981. Ч. 1. С. 217-254, 260-270.
4. А. А. Петров, Х. В. Бальян, А. Т. Трощенко. Органическая химия. Г.: Высш. шк., 1981, С. 176-188, 192-201.
5. Тексти лекцій.
Дополнительная: 1. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А. Н. Несмеянова. – Г.: Мир. 1968,
2. Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – Г.: Мир, 1987,
3. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – Г.: Химия, 1979. – 832 с,
4. Шабаров Ю. С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с,
5. Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969,
6. Найдан В. М. Органическая химия (Малый лабораторный практикум). – Киев, 1994. – 336 с,
7. Некрасов В. В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – Г.: Химия, 1964,
8. Голодников Г. В., Мандельштам Т. В. Практикум по органическому синтеза. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.
Методическое указание составил: к.х. н., доц. Г. Я. Загричук
Утверждено на заседании кафедры
“___” ___________ 200_ г. Протокол № _____
Пересмотрено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
Определение физико-химических констант органических веществ. Хроматография.
Современные инструментальные методы установления строения органических соединений.
Цель занятия:
Ознакомить студентов с современными инструментальными исследовательскими приемами строения органических веществ.
Практические навыки:
Закрепить умения и навыки пользования приборами, которые используются для выделения, очистки и установления физико-химических констант органических соединений.
Программа самоподготовки студентов.
1. Определение температуры плавления.
2. Определение температуры кипения.
3. Определение показателя преломления и плотности жидкостей и приборы, которые используются при этом.
4. Хроматография. Определение чистоты органических веществ методом тонкослойной хроматографии.
Практическая часть.
Опыт 1. Определение температуры плавления органических веществ в капилляре.
Реактивы: нафталин, бензойная кислота.
Оборудование и материалы: прибор для определения температуры плавления, термометр, капилляр, стеклянная трубка длиной до 1м.
Термином «температура плавления» обозначают диапазон температур, в котором происходит переход вещества из твердого состояния в жидкий. Началом плавления считают появление первой капли жидкости, а концом – полный переход твердого вещества в жидкость.
Методика выполнения. Для определения температуры плавления капиллярным методом применяют стеклянные капилляры длиной возле 6 см и диаметром возле 1 мм, запаянные с одного конца на пламени горелки.
Небольшое количество хорошо измельченного исследуемого вещества насыпают на чистую твердую поверхность (лучше всего использовать предметное стекло). Взять капилляр за запаянный конец, «постукивают» по веществу открытым концом и в такой способ вводят вещество в капилляр, чтобы у открытого конца капилляра образовался столбик вещества длиной 2-3 мм. Для того, чтобы переместить исследуемый образец до запаянного конца, используют стеклянную трубку соответствующего размера, ставя ее вертикально на твердую поверхность, и бросают капилляр внутрь трубки запаянным концом вниз. Эту операцию проделывают до тех пор, пока все вещество не переместится вниз (рис. 24). Столбик вещества в капилляре должен быть плотным, без видимых разрывов. Подготовленный таким образом капилляр помещают в прибор для определения температуры плавления. Для этого капилляр с веществом прикрепляют к термометру с помощью колечка, отрезанного от резиновой трубки. Столбик вещества должен находиться на равные середины ртутного резервуару термометра. Термометр с капилляром (одним или несколькими) закрепляют в приборе для определения температуры плавления с помощью пробки. При этом термометр не должен притрагиваться к стенкам прибора, а его резервуар должен находиться выше дна пробирки на 0,5-1 см. Прибор закрепляют в штативе.
Собранный прибор медленно нагревают, внимательно следя за повышением температуры и состоянием столбика вещества в капилляре. (рис. 25). Наблюдая за веществом в капилляре, отмечают и записывают все ее изменения – изменение окраски, разложение, слипание, спекание и т.п. Когда столбик вещества начинает заметно сжиматься и «мокнуть», горелку забирают. Началом плавления считают появление первой капли в капилляре, а окончанием – исчезновение последних кристалликов.
Опыт 2. Определение показателя преломления органических веществ.
Реактивы: бензол, ацетон, толуол и др.
Оборудование и материалы: рефрактометр лабораторный, стеклянная палочка.
Показателем преломления (n) называют отношение скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в исследуемом веществе. Это абсолютный показатель преломления. Монохроматический луч света, проходя с одного среды в другое под острым углом, изменяет не только свою скорость, но и свое направление.
Отклонение луча происходит по закону Снеліуса:
n =
где С1 и С2 – скорости прохождения света через среду 1 и среда 2; a и b – кути падения и преломление луча света при переходе из среды 1 в среду 2 (рис. 26).
Показатель преломления есть важной физической константой для идентификации и определение чистоты жидких веществ.
На практике определяют относительный показатель преломления, т.е. отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения в исследуемом веществе.
Показатель преломления зависит от температуры и длины волны света, при которых проводят определение. В растворах показатель преломления зависит также от концентрации веществ и природы растворителя. Для измерения показателя преломления используют приборы-рефрактометры (рис. 27).
Рис. 27. А – Рефрактометр ИРФ-22:1 – окуляр; 2 – зрительная труба; 3 – гнездо для ключа; 4 – верхнее полушарие измерительной головки; 5 – термометр; 6 – осветительное зеркало; 7 – нижнее полушарие измерительной головки; 8, 11 – маховички; 9 – окошко; 10 – зеркало для освещения шкалы; 12 – пенал; Б – Принципиальная схема рефрактометра: 1 – шкала; 2 – зрительная труба; 3 – жидкость, которая исследуется; 4,5 – призмы; 6 – окуляр с перекрестком визирных линий; У – Снятие показов рефрактометра ИРФ-22: а – шкала; бы – вид поля зрения во время снятия показов.
Измерения проводят при температуре (20 ± 0,3) °С і длине волны, которая отвечает спектральной линии желтого натриевого пламени (D-линия) 589,3 нм. Показатель преломления, определенный при таких условиях, обозначается индексом п20.
Рефрактометры настраивают по эталонным жидкостям, которые прибавляются к приборам, или по дистиллированной воде, для которой п20 = 1,3330.
Методика выполнения. На призму рефрактометра наносят несколько капель органического вещества и проводят определение показателя преломления. Проводят сравнение полученных результатов с табличными данными.
Опыт 3. Определение плотности органических веществ.
Реактивы: бензол, ацетон, толуол и др.
Оборудование и материалы: пикнометр, аналитические весы, термостат, термометр, капилляр или фильтровальная бумага.
Плотность определяют с помощью ареометра, но точніше определение проводят с помощью пикнометра. Преимущественно пользуются пикнометрами вместительностью от 1 до 5 мл (рис. 28). Чистый и сухой пикнометр взвешивают на аналитических весах. Дальше определяют “водное число” пикнометра, т.е. массу воды в объеме пикнометра при 4(С (температура максимальной плотности воды). Дистиллированная вода должна быть прокипячена в стаканчику (для удаления воздуха) и охлажденная. Заполняют пикнометр водой немного выше метки.
Заполненный водой пикнометр погружают в термостат с водой, закрепив его с помощью петли из провода таким образом, чтобы метка находилась под водой. Температуру воды поддерживают постоянной при 20(С на протяжении 20-30 мин; при этом пользуются провіреним термометром. Когда вода в пикнометре приобретет температуру воды в термостате, устанавливают уровень воды в пикнометре точно по метке, отбирая лишнюю воду с помощью капилляра или тонкой полоски фильтровальной бумаги. Потом пикнометр закрывают пробкой, вынимают из воды, тщательно вытирают чистой тряпкой и переносят в весовую комнату.
Через полчаса пикнометр с водой взвешивают. От полученного веса воды в объеме пикнометра при 20(С нужно перейти к весу воды в объеме пикнометра при 4(С. Находят в таблицах массу 1 мл воды при 20(С і з пропорции определяют “водное число” пикнометра (масса воды в объеме пикнометра при 4(С).
Для данного пикнометра “водное число” является постоянной величиной. Плотность вещества есть отношения массы вещества в объеме пикнометра к величине “водного числа” пикнометра.
Методика выполнения. Для определения плотности вещества находят массу этого вещества в объеме пикнометра. Для этого поступают таким же чином, как и при определении “водного числа”. Температура воды в термостате также поддерживается на равные 20°С. В таком случае определяется плотность жидкости при 20°С по отношению к воде при 4°С, что обозначается символом d420, например, d420=0,7987.
На настоящее время принято определять константы (показатель преломления, плотность) при 20(С.
Молекулярную рефракцию MRD рассчитывают по полученным данным за формулой Лоренц-Лоренца:
MRD = × ,
где- показатель преломления, d – плотность, М – молекулярный вес данного вещества.
Найденная таким образом молекулярная рефракция должна быть близкой к вычисленной величине для данного вещества. Молекулярная рефракция исчисляется как сумма атомных рефракций или рефракций связей. Расхождение между найденной и вычисленной величинами молекулярной рефракции не должно превышать 0,5.
Опыт 5. Определение чистоты органических соединений методом тонкослойной хроматографии.
Реактивы: 1%-ной раствор аскорбиновой кислоты, 1%-ной раствор лимонной кислоты, йод, етанол, гексан.
Оборудование и материалы: пластинки “Silufol” или аналогичные, капилляр, ексикатор.
Хроматография – метод разделения, анализа, физико-химического исследования веществ, идентификации и испытание на чистоту. Хроматографічний метод основан на разности в скоростях движения концентрационных зон исследуемых компонентов, которые находятся в подвижной фазе (элюент) вдоль пласта недвижимой фазы (сорбент) (рис. 30).
В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую и жидкостную хроматографию. По недвижимой фазе хроматография делится на колоночну и тонкослойную.
Хроматография на бумаге. Хроматография на бумаге относится к микрометоду. Как носитель недвижимой фазы используют чистую целлюлозу – специальная фильтровальная бумага. Такая бумага должна иметь очень равномерную плотность и чистоту.
Вещество наносят в определенном месте (точка или линия старта). Подол веществ происходит при движении подвижной фазы. Хроматографию на бумаге осуществляют в закрытой посуде.
Положение пятен веществ после окончания хроматографування и проявления характеризуют значениями Rf (Ratio of fronts – отношение фронтов):
Rf =
Значение Rf — характеристическая величина для данного вещества, важная физическая константа. Для большинства соединений она приводится обычно в таблицах и используется для идентификации. Значение Rf существенным образом зависит от температуры, растворителя, качества бумаги. Поэтому хроматографування неизвестного вещества обычно проводят в присутствии соединения с известным строением и значением Rf (вещества-свидетель). Если Rf свидетеля не отвечает табличным данным, все полученные значения Rf необходимо соответственно скорректировать.
Бумажная хроматография чаще всего используют для определения чистоты вещества. При этом подвижная фаза должна составляться как минимум из двух компонентов.
Хроматография в тонком пласте. Кроме хроматографии на бумаге для анализа и идентификации используют тонкослойную хроматографию. С этой целью используют специальные пластинки с разными пластами сорбентів. Как хроматографічні камеры можно использовать ексікатори, кристалізатори, стаканы, которые имеют пришліфовану крышку, и другая химическая посуда.
Методика выполнения:
а) Выявление аскорбиновой кислоты. На пластинке силуфолу размером 7 ´ 5 см на расстоянии 1-1,5 см от нижнего края нанесите линию старта. Потом с помощью капилляра на расстоянии 1-1,5 см один от другого нанесите каплю какого-то фруктового или ягодного сока и 1 %-ного раствора аскорбиновой кислоты как свидетеля (расстояние между пятнами не меньше 1 см).
Когда пятна подсохнут, пластинку поместить в ексікатор, на дно которого налито 5 мл смеси етанол-гексан 3:1. После достижения растворителем верхней границы (1 см от верхнего края пластинки), на что потребуется возле 10 мин, пластинку необходимо вынуть, отметить линию фронта растворителя и высушить.
Для выявления аскорбиновой кислоты, пластинку поместить в ексікатор с парами йода. Отметить пятна аскорбиновой кислоты, которые появились, и определить Rf.
б) Выявление лимонной кислоты. Опыт проводить аналогично предыдущему опыту. Как объекты исследования можно взять водную настойку махорки или сок лимону. Как свидетель – 1 %-ной водный раствор лимонной кислоты. Хроматографування выполняется в системе етанол-гексан (3:1). Проявление хроматограми проделать в парах йода. Определить Rf лимонной кислоты.
в) Выявление кофеина. На пластинку силуфолу нанести капли водного раствора чаю и кофе. Как елюент использовать етанол. Проявление пятен провести парами йода и рассчитать Rf.
г) Разделение смеси красителей. Колонку (сухую бюретку d = 1 см) закрірлюють вертикально. В нижнюю часть вмещают тампон из ватты, потом ее наполняют адсорбентом в виде суспензии, которая состоит из 10 г алюминий оксида марки “для хроматографии” в 15 мл етанолу. Пласт сорбента должен быть достаточно плотным и равным. Второй ваттный тампон размещают на поверхности сорбента и заливают етанолом. Когда уровень етанолу, который вытекает, опустится к верхнему тампону, из делительной воронки приливают по каплям приготовленную смесь 10 мг метиленового синего и 10 мг флуоресцеїну в 10 мл етанолу (рис. 31). При прохождении раствора через колонку полоса метиленового синего постепенно отделяется от изжелта-зеленого пласта флуоресцеїну. Когда уровень етанолу достигнет верхнего тампону, в колонку порциями по 2-3 мл начинают приливать етанол. После перехода в прийомник с елюентом (етанолом) всего метиленового синего во второй прийомник собирают флуоресцеїн, прибавляя в колонку воду порциями по 2-3 мл.
Контрольные вопросы.
1. Какими физическими константами характеризуются жидкости и твердые органические вещества?
2. Какую информацию дает измерение физических констант веществ, как они характеризуют индивидуальность и чистоту вещества?
3. Что такое “смешанная проба” и ее значение при определении Тпл.?
4. Какую информацию несет величина Rf? Аким еще способом можно провести идентификацию веществ?
5. Для чего используют тонкослойную хроматографию?
6. Чем отличается бумажная хроматография от тонкослойной? Которые ее возможности и недостатки?
Студент должен знать:
– основные положения теории химического строения органических соединений;
– основные виды изомерии;
– влияние просторной изомерии на химические и физические свойства и биологическую активность;
– основные физические константы органических соединений.
– спектральные методы: теоретические основы;
– физические методы анализа, их короткую характеристику;
– инфракрасную (колебательную) спектроскопию (ІЧ). Особенности поглощения электромагнитных волн веществом в Іч-діапазоні; суть методу, происхождение Іч-спектрів;
– связь колебательных спектров со строением органических соединений;
– экспериментальные дані по Іч-спектрам поглощение органических соединений;
– факторы, которые влияют на Іч-спектри;
– условия измерения спектров поглощение в Іч-області;
– принципиальное строение спектрометра;
– ультрафиолетовую (электронную) спектроскопию (УФ). Особенности поглощения электромагнитных волн веществом в Уф-діапазоні.
– спектроскопию ядерного магнитного резонанса и его разновидность – протонный магнитный резонанс (ПМР): физические основы метода.
Студент должен уметь:
– представлять строение молекул с помощью стереохімічних и перспективных формул, проекций Фішера и проекций Ньюмена;
– определять основные физические константы органических соединений (температуру плавления и кипение, показатель преломления, плотность, MRD);
– составлять оборудование и выполнять важнейшие операции, которые используются для установления индивидуальности органических веществ.
– расшифровывать Іч-спектри неизвестных веществ;
– решать задача на установление структуры веществ на основе данных Іч-спектроскопії;
– подготавливать образцы к снятию Іч-спектру; снимать Іч-спектр
– решать задача на установление структуры веществ на основе данных Уф-спектроскопії
– решать задача на установление структуры веществ на основе данных Пмр-спектроскопії.
Список рекомендованной литературы:
Основная:
1. В. П. Черных, Б. С. Зименковський, И. С. Грищенко. Органическая химия. В 3-х ч. Харьков “Основа”, 1986. Ч. 1. С. 61-95, С. 103-119.
2. Ю. О. Ластухін, С. А. Воронов. Органическая химия. Львов “Центр Европы”, 2000. С. 87-127, С. 167-189..
3. Б. Н. Степаненко. Курс органической химии. В 2-х. ч. М.: Высш. Шк., 1981. Ч. 1. С. 105-106, 238-242, 283-307. Ч. 1. С. 69-97, 112, 120, 150, 167, 193, 209-210, 221, 331; Ч. 2. С. 59-60, 115, 158.
4. А. А. Петров, Х. В. Бальян, А. Т. Трощенко. Органическая химия. Г.: Высш. шк., 1981, С. 17-19, 75, 97, 125, 154. С. 31-33, 51-54, 73-75, 242-251.
5. Тексты лекций.
Дополнительная: 1. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А. Н. Несмеянова. – Г.: Мир. 1968,
2. Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – Г.: Мир, 1987,
3. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – Г.: Химия, 1979. – 832 с,
4. Шабаров Ю. С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с,
5. Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969,
6. Найдан В. М. Органическая химия (Малый лабораторный практикум). – Киев, 1994. – 336 с,
7. Некрасов В. В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – Г.: Химия, 1964,
8. Голодников Г. В., Мандельштам Т. В. Практикум по органическому синтеза. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.
Методическое указание составил: к.х. н., доц. Г.Я. Загричук
Ассист. Демид А.Е.
Затверджено на заседании кафедры
“___” ___________ 200_ г. Протокол № _____
Пересмотрено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
