ЗАНЯТТЯ №25 (6 год.)
Контроль змістового модулю №6.
Залікове підсумкове заняття.
Контроль практичних навичок.
Звіт по синтезу одержаної речовини. Підтвердження структури синтезованої речовини. Якісне дослідження невідомої органічної речовини
Мета заняття:
Засвоїти:
– знання про синтез органічних речовин та їх якісний аналіз.
Практичні навички:
Вміти:
– проводити синтез органічних речовин та їх якісний аналіз.
Програма самопідготовки студентів.
- Основні положення органічного синтезу.
- Правила оформлення лабораторного журналу.
- Встановлення структури невідомої органічної речовини.
- Ознайомлення зі схемою дослідження невідомої органічної речовини.
- Якісні реакції на функціональні групи.
- Якісний елементний аналіз органічних сполук.
Ситуаційні завдання.
ПРАКТИКУМ З ОРГАНІЧНОГО СИНТЕЗУ
Орієнтовний перелік синтезів
|
Сульфування |
Відновлення |
|
1. Сульфанілова кислота. 2. 4-Толуолсульфокислота |
1. Анілін. 2. Фенілгідроксиламін. |
|
Нітрування |
Окиснення |
|
1. Нітробензол 2. 4-Нітроацетанілід. 3. 4-Нітроанілін 4. 3-Нітробензойна кислота |
1. Ацетон. 2. Бензойна кислота. 3. п–Бензохінон. |
|
Нітрозування |
Алкілування |
|
1.п-Нітрозофенол 2. 4-Нітрозоантипірин |
С-Алкілування 1.Ізопропілбензол О-Алкілування 2.Діоксан 3.Анізол N–алкілування 4.N,N–Діетиланілін |
|
Галогенування |
Ацилювання |
|
1. 1-Бромбутан 2. Бромбензол 3. Ацетилхлорид 4. Бромкамфора 5.3-(α–Бромацетил)кумарин |
С-Ацилювання 1. Ацетофенон N–Ацилювання 2. Ацетанілід. О-Ацилювання 3.Етиловий естер оцтової кислоти 4. Бутиловий естер оцтової кислоти 5. Гліцеринтриацетат 6. Ацетилсаліцилова кислота 7. β–Пентаацетилглюкоза |
|
Діазотування та азосполучення |
Реакції конденсації |
|
1. Метилоранж. 2. β–Нафтоловий оранжевий. 3. м–Нітрофенол 4. Фенол 5. Йодбензол. 6. о–Хлорбензойна кислота |
1. Ацетооцтовий ефір. 2. Корична кислота. 3. Фенолфталеїн. 4. Флуоресцеїн. |
|
Амінування |
Гідроксилування |
|
1.Амінооцтова кислота 2.Бензамід |
1.Фенол 2.β–Нафтол |
|
Гідроліз |
Циклізація і утворення гетероциклів |
|
1. Гідроліз етилбензоата 2. о–Нітроанілін 3.п–Нітроанілін 4.α–D–Глюкопіраноза |
1.Фурфурол 2.Бензімідазол 3.2-Амінобензотіазол 4.8-Гідроксихінолін 5.6-Метилурацил |
БЛОКИ СИНТЕЗІВ










ПЕРЕЛІК СИНТЕЗІВ ДЛЯ ВИКОНАННЯ
1. Азоксибензол
2. Антрахінон
3. Адипінова кислота
4. п–Аміноазобензол
5. α-Амінопропіонова кислота (аланін)
6. п–Аміносаліцилова кислота
7. о–Амінофенол
8. Антранілова кислота
9. N–Ацетилгліцин
10. Бензальацетофенон
11. Бензанілід
12. Бензиловий спирт
13. Бензойна кислота
14. Бензолсульфохлорид
15. 1,2,3-Бензотриазол
16. Бензофенон
17. п-Броманізол
18. n-Бромтолуол
19. Бутанол-2
20. Гідробензоїн
21. 4-Гідрокси-3-карбоксиазо-бензол
22. Гідрохлорид нафтиламіна-1
23. Гіпурова кислота
24. Діацетат гідрохінона
25. Дибензоїл
26. Дибутиловий етер
27. м–Динітробензол
28. n–Динітробензол
29. 2,4-Динітрохлорбензол
30. 2,4-Динітрофенілгідразин
31. Дифеніловий етер
32. 2,6-Дихлор-4-нітроанілін
33. Еозин
34. Етиловий естер n-нітробензойної кислоти
35. Етилтрихлорацетат
36. Етилформіат
37. Конго червоний
38. Малахітовый зелений
39. Метиловий червоний
40. α–Нафталінсульфокислота
41. α –Нафтилацетат
42. Нікотинова кислота
43. м–Нітроанілін
44. n–Нітроаніліновий червоний
45. n-Нітробензойна кислота
46. п-Нітрозо-N,N-диметиланілін
47. Нітрометан
48. о– і n–Нітротолуоли
49. 3-Нітрофталева кислота
50. 5-Нітрофурфурол
51. Оцтовобутиловий естер
52. Оцтовоізоаміловий естер
53. Фенілозазон D–глюкози
54. Фтивазид
55. Фуранакрилова кислота
56. α –Фурфурилакрилова кислота
57. о–Хлорбензойна кислота
58. п–Хлорбензолсульфамід
59. Хлороформ
60. Циклопентанон
Практична частина.
Введення в синтез органічних речовин
Проведення синтезу, оформлення, підведення підсумків роботи проводиться за спеціальною схемою-планом. Всі записи в журналі розміщують на правій стороні листка. На лівій стороні листка роблять рисунки приладів, обчислення для таблиць 1 і 2 (працюють без чернетки!), розрахунок виходу продукту. Окрім того, викладачем вноситься зауваження по плану синтезу на лівій стороні листка.
Дата ___________
Робота № ___
Синтез ____________________________________________________________
(назва речовини, що синтезується)
Структруна формула ________________________________________________
Брутто-формула ____________________________________________________
Молекулярна маса __________________________________________________
Методика синтезу __________________________________________________
(наводиться опис методики синтезу із зарисовкою приладів і пристроїв)
Основна __________________________________________________________________
реакція (рівняння проміжних реакцій з коефіцієнтами і сумарне рівняння
__________________________________________________________________
для розрахунку виходу продукту)
Побічні _____________________________________________________________
реакції (перечислити побічні реакції, написати їх рівняння)
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Далі заповнюють таблицю 1.
Таблиця 1. Розрахунок синтезів
|
Вихідні речовини |
Кількості речовин, необхідні для синтезу за |
Надлишок |
|||||||
|
Реактиви і їх формули |
Відносна молекулярна маса, Mr |
Константи з довідника (tтопл, tкип, r, nD20) |
Концентрація реагентів |
методикою |
Рівнянням реакції (в молях) |
В молях |
У відсотках |
||
|
В молях |
В грамах |
В мл |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
В графу 3 вносять дані із довідника. Таблицю починають заповнювати з граф 6 і 7, цифри беруть з методики. Якщо в методиці кількості реагентів подаються в молях, то їх необхідно перевести в грами, а для рідин – в мілілітри з врахуванням концентрації і густини. Потім заповнюють графи 5 і 8. На основі зроблених записів роблять висновки, які речовини і в якій кількості взято в надлишку. Надлишок обчислюють по відношенню до цифр, вказаних в графі 8.
План синтезу.
План роботи розподіляють на чотири етапи: І. Приготування вихідних реактивів і збирання приладу. ІІ. Проведення реакції. ІІІ. Виділення одержаної речовини з реакційного середовища. IV. Очистка речовини.
В кожному розділі по пунктах описують всі операції, які потрібно виконати. На кожному етапі роботи вказують кількості використаних реактивів. Особливу увагу приділяють правилам техніки безпеки (правилам роботи з легкозаймистими, отруйними, викликаючи ми опіки речовинами і т. п.).
Опис приладів в плані не подається, а рисується на лівій стороні сторінки їх схеми з вказуванням об’єму колб, виду бань, типу холодильників і інше.
У кінці плану вказуються очікувані кількості речовини згідно методики, константи синтезованої речовини.
Розрахунок синтезу і план роботи обов’язково перевіряється викладачем. Виконувати роботу дозволяється після затвердження плану викладачем (підпис викладача).
Звіт
У звіті студент повинен детально описати механізм реакції і дати пояснення ролі каталізатора, умов проведення реакції, напрямку реакції, які свідчать про свідоме виконання реакції. Наприклад, якщо реакція оборотна, потрібно відзначити, які прийоми були використані в даній роботі для зміщення рівноваги реакції. Чому при проведенні реакції етерифікації надлишок мінеральної кислоти приводить до зниження виходу продукту і т.п.
У звіті необхідно відмітити також відхилення від методики, якщо вони були, всі спостереження і особливості процесу при виконанні синтезу (розігрівання суміші, зміна забарвлення, помутніння, зміна зовнішнього вигляду при очистці препарату і т. п.). Слід вказати тривалість окремиз операцій і ту стадію роботи, на якій вона була перервана, а також скільки часу тривав перерив. Звіт не повинен бути повторенням плану.
В кінці звіту складають таблицю констант і виходу синтезованої речовини (таблиця 2.)
Таблиця 2. Константи і вихід продукту реакції.
|
Назва і формула одержаної речовини |
Константи речовини |
Вихід речовини |
|||
|
Визначені в роботі |
По літературним даним |
В грамах |
У відсотках |
||
|
Від теоретичного |
Від вказаного в методиці |
||||
Речовину ________________________________________________________
здано (дата і підпис лаборанта)
Робота __________________________________________________________
прийнята (підпис викладача)
Контрольні питання до синтезу ______________________________________
Висновок _________________________________________________________
Приклад розрахунку синтезу і складання робочого плану
22.02.2011
Р О Б О Т А № 1.
Синтез 1-йодпентану.
Рівняння проміжних реакцій:
2P + 3J2 ® 2PJ3
6C5H11OH + 2PJ3 ® 6C5H11J + 2H3PO3
Сумарне рівняння:
6C5H11OH + 2P + 3J2 ® 6C5H11J + 2H3PO3
Синтез 1-йодпентану.
І. Збирання приладу і приготування вихідних реактивів.
1. Збирають прилад і розраховують необхідну кількість вихідних реактивів.
|
Вихідні речовини |
Кількості речовин, необхідні для синтезу за |
Надлишок |
|||||||
|
Реактиви і їх формули |
Відносна молекулярна маса, Mr |
Константи з довідника (tтопл, tкип, r, nD20) |
Концентрація реагентів |
методикою |
Рівнянням реакції (в молях) |
В молях |
У відсотках |
||
|
В молях |
В грамах |
В мл |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
С5Н11ОН Пентанол-1 |
88,15 |
tкип 1380С r 0,81 г/мл |
100 |
0,102 |
8,99 |
11,1 |
6 (0,096) |
0,006 |
6,2 |
|
Р червоний фосфор |
31 |
|
100 |
0,032 |
1 |
– |
2 (0,032) |
– |
– |
|
J2 йод |
254 |
|
100 |
0,050 |
12,7 |
– |
3 (0,048) |
0,002 |
4,4 |
2.
Розтирають в ступці
3. Готують
ІІ. Проведення реакції.
1. В круглодонну колбу (рис. 44) (100 мл) вливають 11,1 мл пентанолу-1 (алілового спирту) і додають
2. Колбу з’єднують із зворотним повітряним холодильником і нагрівають на водяній бані (tводи 800С) протягом 2 год при періодичному струшуванні.
ІІІ. Відділення одержаного продукту від супутніх речовин.
1. 1-Йодпентан відганяють з водяною парою (рис. 20 (заняття 2).
2. Відділяють 1-йодпентан (нижній шар) від води в ділильній лійці. Потім промивають його в ділильній лійці спочатку 10%-ним розчином гідроксиду натрію (до знебарвлення), потім водою.
3. Сушать хлоридом кальцію.
IV. Очистка.
Переганяють 1-йодпентан у вакуумі (рис. 21 (заняття 2)); збирають фракцію, що кипить при температурі 620С (при тиску
Вихід
Заповнюєте таблицю 2.
Ідентифікація:
а) якісна реакція Бейльштейна на присутність галогену.
б) зняти ІЧ- спектр сполуки і довести наявність атома йоду.
Синтез органічних сполук.
b-НАФТАЛЕНСУЛЬФОКИСЛОТА

Схема синтезу

Реактиви: нафтален
Обладнання і матеріали: круглодонна колба на 100 мл, стакан на 500 мл, лійка Бюхнера, колба Бунзена, термометр на 2500С, водоструминний насос, масляна або пісчана баня.
Методика синтезу. (Дослід проводять під витяжною шафою.)
Утворення b-нафталенсульфокислоти пов’язане з оборотністю процесу сульфування.
В круглодонну колбу об’ємом 100 мл поміщають 10 мл концентрованої сульфатної кислоти і поступово при помішуванні скляною паличкою додають
Вихід біля
БРОМЕТАН.
Основна реакція: Нуклеофільне заміщення.
Рівняння проміжних реакцій:
H2SO4 + KBr Û KHSO4 + HBr
C2H5OH + HO–SO3H Û C2H5O–SO3H + H2O
C2H5O–SO3H + HBr Û C2H5Br + H2SO4
Сумарне рівняння:
C2H5OH + H2SO4 + KBr ® C2H5Br + KHSO4 + H2O
Побічні реакції:
а) утворення діетилового ефіру
С2H5OH + H2SO4 Û C2H5O–SO3H + H2O
C2H5O–SO3H + C2H5OH Û C2H5O–C2H5 + H2SO4
б) окислення бромоводню сульфатною кислотою
2HBr + H2SO4 Û Br2 + SO2 + 2H2O
Реактиви: 95%-ний етиловий спирт, концентрована сульфатна кислота (r=1,84 г/мл), бромід калію.
Обладнання: пісочна або повітряна баня, круглодонна колба, холодильник, алонж, колба-приймач, баня з льодом, штативи, ділильна лійка, мідна дротинка для проведення проби Бельштейна на галогени.
Методика виконання. До 0,28 моль концентрованої сульфатної кислоти в стакані при постійному перемішуванні доливають 0,28 моль етанолу (ректифікату). Після охолодження до кімнатної температури до реакційної суміші обережно при перемішуванні і при постійному зовнішньому охолодженні додають 10 мл води. Переносять все у круглодонну колбу і потім додають 0,13 моль дрібно розтертого броміду калію.
Воду додають з метою пригнічення побічної реакції – утворення діетилового ефіру і зменшення втрат бромоводню за рахунок леткості. Для більш повного використання бромоводню етанол беруть в надлишку.
Колбу з’єднують з водяним холодильником, пропускаючи при цьому сильний струмінь води. Брометан леткий, а тому його збирають під водою. Кінець алонжа опускають приблизно на
Реакційну колбу нагрівають, слідкуючи, щоб реакційну суміш не перекинуло в приймач. Брометан відганяється у вигляді важких маслянистих крапель, що опускаються на дно приймача. Якщо під час перегонки вода із колби піднімається в алонж, то приймач опускають, щоб тільки кінець алонжа був занурений у воду.
Коли перегонка брометану закінчиться, вміст приймача переливають в ділильну лійку і зливають брометан (нижній шар) в суху колбу на 50 мл. Колбу з бром етаном охолоджують сумішшю льоду з сіллю. Обережно по краплям і при струшуванні додають із крапельної лійки концентровану сульфатну кислоту до тих пір, поки вона не збереться у вигляді окремого шару над брометаном. При обробці сульфатною кислотою із брометану вилучають етанол (домішки), діетиловий ефір (побічний продукт) і воду (відбувається осушування).
Брометан перносять в суху ділильну лійку, відокремлюють верхній шар і переносять в колбу В’юрца. Перегонку (рис. 18 (заняття 2) сухого брометану ведуть на водяній бані; прймач охолоджують ззовні льодом. Збирають фракцію, що відгониться в інтервалі 35-400С (основна маса брометану переганяється при 38-390С) Вихід брометану
Брометан (бромистий етил, етилбромід) – безбарвна рідина; змішується із спиртом, діетиловим ефіром, хлороформом. tкип. 38,40С; r 1,4555 г/мл; n20D 1,4239.
Спектр ПМР: триплет
При зберіганні, особливо на світлі, брометан розкладається з виділенням вільного брому і бромоводню. Зберігають його в товстостінній банці з темного скла з притертим корком.
1-БРОМБУТАН (з бутанолу-1 і броміду калію).
Основна реакція: Нуклеофільне заміщення.
Рівняння проміжних реакцій:
H2SO4 + KBr Û KHSO4 + HBr
CH3СН2СН2СН2OH + HO–SO3H Û CH3СН2СН2СН2O–SO3H + H2O
CH3СН2СН2СН2O–SO3H + HBr Û CH3СН2СН2СН2Br + H2SO4
Сумарне рівняння:
CH3СН2СН2СН2OH + H2SO4 + KBr ® CH3СН2СН2СН2Br + KHSO4 + H2O
Побічні реакції:
а) утворення дибутилового ефіру
CH3СН2СН2СН2OH + H2SO4 Û CH3СН2СН2СН2O–SO3H + H2O
CH3СН2СН2СН2O–SO3H + CH3СН2СН2СН2OH Û CH3СН2СН2СН2–O–CH2СН2СН2СН3+ H2SO4
б) окислення бромоводню сульфатною кислотою
2HBr + H2SO4 Û Br2 + SO2 + 2H2O
Реактиви: бутанол-1, концентрована сульфатна кислота (r=1,84 г/мл), бромід калію, гідросульфіт натрію, гідрокарбонат натрію, хлорид кальцію.
Обладнання: пісочна або повітряна баня, круглодонна колба, дворогий форштос, крапельна лійка, холодильник, алонж, колба-приймач, штативи, ділильна лійка, мідна дротинка для проведення проби Бельштейна на галогени.
Методика виконання. У круглодонну колбу на 200 мл вносять 15 мл бутанолу-1 і 23 мл води. Потім вносять 0,21 моль дрібно розтертого броміду калію і декілька кип’ятильників. До колби приєднують з допомогою дворогого форштоса крапельну лійку і зворотній водяний холодильник (рис. 46). З крапельної лійки невеликими порціями по 2-3 мл приливають 0,3 моль концентрованої сульфатної кислоти. Після додавання кожної порції суміш перемішують струшуванням колби. Реакційну суміш нагрівають до кипіння і витримують при слабкому кипінні протягом 2 год. Потім зворотній холодильник заміняють низхідним, посиливши нагрівання, відганяють 1-бромбутан і збирають речовину у колбі-приймачі. Кінець алонжу занурений у воду.
Сирий продукт, що містить домішки: дибу тиловий ефір, бутанол-1, бутени і сліди брому, переносять в ділильну лійку і промивають розчином гідросульфіту натрію (для видалення слідів брому). Домішки дибу тилового ефіру і бутанолу-1 видаляють шляхом обробки продукту рівним об’ємом концентрованої сульфатної кислоти (обережно!) в сухій ділильній лійці. Спускають кислоту (нижній шар) і в тій же лійці промивають 1-бромбутан водою, розведеним розчином гідрокарбонату натрію і знову водою. З ділильної лійки 1-бромбутан зливають в невелику суху колбу і сушать хлоридом кальцію.
Сухий 1-бромбутан переганяють (рис. 19 (заняття 2)), збираючи фракцію, що кипить в інтервалі 98-1030С. Вихід –
1-Бромбутан (н-бромистий бутил, н-бутилбромід) – безбарвна рідина; змішується із спиртом, діетиловим ефіром, добре розчиняється в ацетоні, в
Спектр ПМР: триплет
При зберіганні, особливо на світлі, 1-бромбутан розкладається з виділенням вільного брому а тому його зберігають в банках з темного скла з притертим корком.
Контрольні питання до синтезу:
1. Які хімічні методи дозволяють виявити галогени в органічних сполуках? Напишіть відповідні рівняння реакцій.
2. Які побічні реакції можуть відбуватися при утворенні бромистого бутилу і як можна зменшити утворення побічних продуктів?
3. Які галогенуючі реагенти Ви знаєте? Які з них найраціональніше використовувати?
Студент повинен знати:
– основні положення оганічного синтезу;
– якісні реакції на функціональні групи.
Студент повинен вміти:
– здійснювати розрахунки та синтез органічних сполук за відомими методиками;
– виявляти органічні речовини за допомогою якісних реакцій.
Список рекомендованої літератури:
Основна:
1. Черних В.П., Зіменковський Б.С., Гриценко І.С. Органічна хімія /За заг. ред. В.П. Черних. – 2-ге вид., випр. і доп. – X: Вид-во НФаУ; Оригінал, 2008. – 752 с.
2. Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. – Львів “Центр Європи”, 2006. – 864 с. 3. В.П.Черних, I.С.Гриценко, М.О.Лозинський, З.І.Коваленко Загальний практикум з органічної хімії: Навч. посіб. для студ. ВНЗ III -IV рівнів акредитації /Під загальн. ред. В.П.Черних. – X.: Вид-во НФаУ; Золоті сторінки, 2003. – 592 с.
4. В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.П.Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – Москва «Дрофа», 2003. – 639 с.
5. Н.Н. Артемьева, В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.А.Кост, А.П.Лузин, В.Е. Ручкин, И.А.Селиванова, Н.А. Тюкавкина Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. – Москва «Дрофа», 2002. – 384 с.
6. Матеріали підготовки до лекцій та тексти лекцій http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/index.php?&path=pharma_2/classes_stud/uk/pharm/prov_pharm/ptn/%CE%F0%E3%E0%ED%B3%F7%ED%E0%20%F5%B3%EC%B3%FF/2%20%EA%F3%F0%F1/
Додаткова:
1. Березин Б. Д. Курс современной органической химии. – М.: Высшая школа, 2003.–768 с.
2. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А.Н. Несмеянова. – М.: Мир. 1968.
3. Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – М.: Мир, 1987,
4. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – М.: Химия, 1979. – 832 с.
5. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с.
6. Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969.
7. Найдан В.М. Органічна хімія (Малий лабораторний практикум). – Київ, 1994. – 336 с.
8. Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – М.: Химия, 1964.
9. Голодников Г.В., Мандельштам Т.В. Практикум по органическому синтезу. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.
Методичну вказівку склали: к. х. н., доц. Г.Я. Загричук
к.х.н. А.Є.Демид
Затверджено на засіданні кафедри
“___” ___________ 200__ р. Протокол № _____
Переглянуто на засіданні кафедри
“___” ___________ 200__ р. Протокол № _____