Методические указания c органической химии для студентов II курса специальности „Фармация”
Многоядерные арены с изолированными бензеновыми циклами. Небензоидные ароматические системы.
Цель занятия:
сформировать знание о строении, классификации, номенклатуре, изомерию, методы добывания и особенности химического поведения багатоядерних аренив, которые лежат в основе строения важных биологически-активных веществ и являются исходными веществами в синтезе значительного количества врачебных препаратов.
Практические навыки:
овладеть лабораторными методиками проведения характерных реакций на багатоядерни арены.
Программа самоподготовки студентов.
1. Багатоядерни арены. Классификация, электронное строение, ароматический характер. Энергия спряження.
2. Нафтален. Способы добывания. Химические свойства (реакции SE, присоединение, окиснення). Правила ориентации в нафталиновом цикле. Пространственная изомерия декалина. Представители.
3. Антрацен, фенатрен. Добывание. Химические свойства ( реакции SE, присоединение, окиснення). Гидрированный фенатрен как структурный фрагмент алкалоидов группы морфина и стероидов.
4. Канцерогенные багатоядерни конденсированные арены.
5. Бифенил. Способы добывания, химические свойства. Пространственная изомерия производных бифенилу.
6. Дифенилметан. Добывание. Химические свойства. Активность метиленовой группы.
7. трифенилметан. Добывание, химические свойства. Сн-кислотнисть метинової группы. Строение трифенилметильних катионов и анионов. Факторы их стабилизации. Вильне радикалы трифенилметанового ряда, их свойства и строение.
8. Красители трифенилметанового ряда. Бриллиантовый зеленый, малахитовый зеленый, фенолфталеїн.
9. Небензоїдни ароматические соединения: циклопентадиєнил-анион, фероцен, циклогептатриєнил-катион (тропе жир-ион), азулен.
Ситуационные задачи.
1. Напишите структурные формулы: 1) стеран (циклопентан-пергидрофенантрен); 2) амфи-диметоксинафтен; 3) 9, 10-дигидрофенантрен; 4) b-изопропилнафтен; 5) a-нафтол; 6) 1, 4-нафтохинон; 7) 9-бромантрацен; 8) 2-сульфокислота.
2. Объясните, чему нафтален и антрацен относятся к ароматическим соединениям.
3. Напишите 1-для метилнафталену, 2-гидроксинафталену и 1-нитронафталену реакции: 1) бромування, 2) нитрирование, 3) сульфування. Назовите продукты реакции.
4. Получите с нафталену: 1) b-аминонафтален; 2) 2-бромнафтален; 3) a-нафтойну кислоту; 4) 1, 4-нафтохинон; 5) b-нафталенсульфокислота.
5. Напишите реакции преобразований за схемами: 1) a-нитронафтален ® a-йодонафтален; 2) нафтален ® 1-сульфокислота; 3) нафтален ® a-нафталенсульфокислота ® метиловый етер a-нафтола.
6. Напишите реакции антрацена и фенантрену с реагентами: 1) Na, C2H5OH, t; 2) K2Cr2O7, H2SO4; 3) Br2 (CCl4); 4) Br2 (FeCl3). Объясните повышенную реакционную способность 9, 10-положений антрацена и фенантрену в реакциях окиснення, присоединение и замещение.
7. Какой реакцией можно отличить антрацен и антрахинон?
8. Соединение С9Н10 обесцвечивает бромную воду и раствор KMn4 на холоде. При нагревании с водным раствором KMn4 образовывается терефталева кислота. Определите строение исходного соединения. Написать уравнение соответствующих реакций.
9. Какая масса тринитротолуола образуется с 46,2 г толуола, если выход продукта реакции составляет 80% от теоретического?
10. Напишите схему оксидации дифенилметану и антрацена.
11. Охарактеризуйте химические свойства бифенилу. Напишите реакции нитрирования, хлорирование, сульфування. Объясните направление реакции и укажите условия, в которых они происходят.
12. Охарактеризуйте химические свойства дифенилметану и трифенилметану. Укажите их сходство и отличие со свойствами бензола и метана.
13. Напишите схему реакции, за которой можно из бензола получить 4,4/-динитрофенил.
Практическая часть.
Опыт 1. Окисление антрацена.
Реактивы: антрацен, перманганат калия (5%-и раствор); сульфатная кислота (2 н. раствор).
Оборудование: водный купол.
Методика выполнения.
В сухой пробирке растворяют при нагревании 0,1 г антрацена в 2 мл ледяной уксусной кислоты. К полученному раствору сначала прибавляют 2 мл концентрированной сульфатной кислоты, а потом 1 мл 20%-го раствора бихромата натрия. Наблюдают за значительным разогреванием реакционной смеси, которая при этом окрашивается в зеленый цвет. После этого смесь в пробирке кипятят на протяжении нескольких минут, потом охлаждают и выливают в пробирку с 5-6 мл воды. Из зеленого водного раствора выпадает осадок антрахинону желтого цвета.
Опыт 2. Бромування нафталену.
Реактивы: нафтален; бром (раствор в ССl4, 1:5); железные ошурки; лакмусовая бумажка синяя; аммиак (25%-и раствор).
Оборудование: водный купол.
(Опыт проводят под вытяжным шкафом.)
Методика выполнения.
В сухую пробирку вносят 0,5-1 г нафталену. Пробирку нагревают над электрической плиткою к полному расплавлению нафталену. Потом к расплавленному нафталену с помощью микропипетки прибавляют каплю брома. (Осторожно! Бром дает сильные ожоги! Работать в защитных варежках!) Наблюдают быстрое обесцвечивание брома и выделение бромоводню, который легко заметить, поднимая к отверстию пробирки смоченный водой синяя лакмусовая бумажку или стеклянную палочку, смоченную концентрированным раствором аммиака. Лакмусовая бумажка краснеет, а аммиак образовывает с бромоводнем белый дым бромида, аммония.
Параллельно проводят аналогичный опыт с бензеном. В сухую пробирку вносят 1 мл бензену и микропипеткой прибавляют каплю брома. Бром растворяется в бензени. Полученный раствор брома в бензени закрывают в пробирке небольшим, не очень плотном тампоном из ватты и нагревают на водном куполе. Реакционная смесь из бензеном не обесцвечивается даже при продолжительном нагревании ее на водном куполе. Итак, в отличие от нафталену бензен в таких условиях в реакцию с бромом не вступает.
Объясните, чему нафтален активниший в реакции с бромом, чем бензен.
Чему в нафталену в реакцию замещения легче вступают a-водородные атомы?
Опыт 3. Нитрирование антрацена.
Методика выполнения.
В сухой пробирке растворяют 0,1-0,2 г антрацена в 2-3 мл ледяной уксусной кислоты. Для лучшего растворения смесь антрацена и уксусной кислоты нагревают. К полученному теплому раствору осторожно прибавляют 1 мл 20%-го раствора нитрата аммония в концентрированной сульфатной кислоте. Полученную реакционную смесь перемешивают. Образовывается 9-осадок нитроантрацену ярко-желтого цвета. Если осадок плохо выделяется, то реакционную смесь выливают в пробирку с 4-5 мл воды.
Объясните, чему нитрирование антрацена происходит прежде всего у положение 9.
Синтез органических соединений.
(-НАФТАЛЕНСУЛЬФОКИСЛОТА
Схема синтеза
Реактивы: нафтален 12,8 г (0,1 моль), сульфатная кислота (r = 1,84) 10 мл.
Оборудование и материалы: круглодонна колба на 100 мл, стакан на 500 мл, воронка Бюхнера, колба Бунзена, термометр на 2500С, водоструйный насос, масляная или писчана купол.
Методика синтеза. (Опыт проводят под вытяжным шкафом.)
Образование (-нафталенсульфокислоти связанное с оборотностью процесса сульфування.
В круглодонну колбу объемом 100 мл помещают 10 мл концентрированной сульфатной кислоты и постепенно при помешивании стеклянной палочкой прибавляют 12,5 г розтертого в порошок нафталену. Горло колбы закрывают пробкой с термометром и боковым вырезом. Шарик термометру должен быть погружен в реакционную смесь. Последнюю нагревают на протяжении 4 часов на масляной или писчаний купола при 170-1800С. После окончания реакции массе дают остыть и постепенно доливают ее в охлажденный льдом стакан, который содержит насыщенный раствор кухонной соли (38 г в 125 мл воды). Через 0.5 часов натриевую соль b-нафталенсульфокислоти видфильтровують на воронке Бюхнера и промывают ледяной водой (две порции по 7-8 мл), а потом тщательно отжимают. Соль сушат при 1000С.
Выход возле 17 г.
Студент должен знать:
– строение, номенклатуру, способы добывания и закономерности химического поведения багатоядерних аренив в связи с их строением.
Студент должен уметь:
– владеть лабораторными методами добывания производных багатоядерних аренив и методиками проведения SE-реакций
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. 69-86. 2. Ю.О. Ластухин, С.А. Воронов. Органическая химия. Львов “Центр Европы”, 2000. С. 620-630, 762-764. 3. Б.Н. Степаненко. Курс органической химии. В 2-х. ч. М.: Высш. Шк., 1981. Ч. 1. С. 50-74. 3. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко. Органическая химия. Г.: Высш. шк., 1981, С. 359-379. 4. 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
“___” ___________ 2007 г. Протокол № _____
Пересмотрено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
