ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №5 (6 год.)

Тема 6. Моноядерні арени  (Правила орієнтації). Малий практикум. Вступ до органічного синтезу.

Тема 7. Багатоядерні арени. Барвники трифенілметанового ряду. Малий практикум. Органічний синтез.

Контроль змістового модулю №1.

 

Мета заняття:

Засвоїти:

– будову, класифікацію, номенклатуру, ізомерію, методи добування, хімічні властивості і роль моно- та багатоядерних аренів як важливих структурних фрагментів значної кількості біологічно-активних речовин і лікарських препаратів; передумови для розуміння хімічних процесів in vitro, що мають аналогію in vivo;

– правила орієнтації в бензеновому та нафталіновому ядрах;

– основні представники барвників трифенілметанового ряду, причину появи їх забарвлення;

– основні етапи проведення синтезу органічних сполук;

– правила проведення необхідних розрахунків для виконання синтезів органічних речовин.

 

Практичні навички:

Вміти:

– лабораторними методами добувати представники моно- та багатоядерних аренів;

– підтверджувати експериментально хімічні властивості моно- та багатоядерних аренів;

– проводити S_E-реакції на прикладі моно- та багатоядерних аренів.

 

Професійна орієнтація.

Моно- та багатоядерні арени виступають важливою сировиною для добування всіх класів сполук ароматиного ряду, які застосовують для одержання лаків, каучуків, смол, барвників, індикаторів, парфумів, органічних напівпровідників, вибухових речовин та значної кількості лікарських препаратів. Бензенові, нафталенові, антраценові цикли входять до складу значної кількості біологічно активних сполук (гормонів, вітамінів, природних амінокислот, антибіотиків, алкалоїдів, статевих гормонів тощо). Реакції за участю бензенового та нафталенового кільця in vivo та in vitro відбуваються по певних напрямах і з різною швидкістю в залежності від впливу замісників на ароматичну систему.

Представники барвників трифенілметанового ряду знайшли використання як в медицині (брильянтовий зедений, фенолфталеїн), так і інших галузях народного господарства.

В той же час ряд сполук цього класу виявляють сильні канцерогенні властивості і спррияють розвитку ракових захворювань. Такими представниками виступають поліциклічні арени: 1,2-бензантрацен, 1,2-бензопірен, 1,2,5,6-дибензантрацен. Декілька міліграмів цих речовин достатньо, щоб викликати онкологічні захворювання у людини.

Таким чином, засвоєння цього матеріалу є необхідним як подальшого засвоєння інших тем органічної хімії, так і успішного вивчення фармацевтичної хімії, біохімії, фармакології, фармакогнозії тощо.

 

Інтегративні зв’язки:

З попередніми і суміжними дисциплінами:

– загальна хімія – електронна конфігурація атома Карбону, його гібридизація та просторова будова.

З наступними дисциплінами:

– біохімія – процеси обміну речовин на молекулярному рівні в нормі та патологічних станах;

– фармакологія – взаємозв’язок між просторовою будовою молекул та їх фармакологічною активністю;

– фармацевтична хімія – вивчення методів аналізу та ідентифікації лікарських препаратів, що містять фрагменти моно- та багатоядерних аренів.

 

Хід заняття:

1.                  Контроль виконання домашнього завдання.

2.                  Виконання практичних дослідів.

3.                  Контроль вхідного рівня знань.

4.                  Розв’язування навчальних вправ та контроль за їх виконанням.

5.                  Визначення вихідного рівня знань.

 

Програма самопідготовки студентів.

Моноядерні арени:

1.                  Моноядерні арени: номенклатура та структурна ізомерія моноядерних аренів. Ароматичні радикали.

2.                  Спряжені системи із замкнутим циклом. Енергія спряження.

3.                  Електронна будова бензену. Загальні критерії ароматичності. Правило Хюккеля.

4.                  Способи добування моноядерних аренів.

5.                  Фізичні і хімічні властивості:

– механізм реакцій електрофільного заміщення (S_E). Будова p– і s-комплексів. Необхідність і роль каталізу. Реакції галогенування, нітрування, алкілювання, ацилювання аренів;

– орієнтанти І та ІІ роду. Узгоджена і неузгоджена орієнтація в дизаміщених бензену;

– метод сульфування в органічному синтезі і його значення у фармації. Шляхи введення сульфогрупи в молекулу органічної сполуки; сульфуючі агенти і їхня порівняльна сульфуюча здатність;

– вплив електронодонорних і електроноакцепторних замісників на напрямок і швидкість реакцій електрофільного заміщення;

– реакції приєднання і окиснення;

– галогенування гомологів бензену за участю бокового ланцюга.

6.                  Ідентифікація моноядерних аренів.

7.                  Окремі представники, їх властивості та застосування.

Багатоядерні арени:

1.                  Багатоядерні арени. Класифікація, електронна будова, ароматичний характер. Енергія спряження.

2.                  Нафтален. Способи добування. Хімічні властивості (реакції S_E, приєднання, окиснення). Правила орієнтації в нафталіновому циклі. Просторова ізомерія декаліну. Представники.

3.                  Антрацен, фенатрен. Добування. Хімічні властивості ( реакції S_E, приєднання, окиснення). Гідрований фенатрен як структурний фрагмент алкалоїдів групи морфіну та стероїдів.

4.                  Канцерогенні багатоядерні конденсовані арени.

5.                  Біфеніл. Способи добування, хімічні властивості. Просторова ізомерія похідних біфенілу.

6.                  Дифенілметан. Добування. Хімічні властивості. Активність метиленової групи.

7.                  Трифенілметан. Добування, хімічні властивості. СН-кислотність метинової групи. Будова трифенілметильних катіонів і аніонів. Фактори їх стабілізації. Вільні радикали трифенілметанового ряду, їх властивості і будова.

8.                  Барвники трифенілметанового ряду. Брильянтовий зелений, малахітовий зелений, фенолфталеїн.

9.                  Небензоїдні ароматичні сполуки: циклопентадієніл-аніон, фероцен, циклогептатриєніл-катіон (тропі лій-іон), азулен.

 

 

О с н о в н і   п о н я т т я   т е м и

Склад – Будова – Властивості

Ароматичність                               Електроакцептор

Правило Хюккеля                             Орієнтант І роду

Орієнтант ІІ роду                           Кислота Льюїса

Узгоджена орієнтація                    Неузгоджена орієнтація

Електронодонор                              Елекрофільне заміщення (S_E)

s-Комплекс                                       p-Комплекс

Галогенування                                  Перехідний стан

Реакція В’юрца-Фіттіга                 Реакція Фріделя Крафтса

Сульфування                                     Декалін

Трифеніл-радикал                             Трифеніл-катіон

Трифеніл-аніон                                 Лейкооснова

Карбонільна основа                         Ауксохром

Атропоізомерія                                Ангулярна будова

Азулен                                                Металоцени

Тропілій-катіон                                Фероцен

 

Домашнє завдання до теми 6.

1. Дати визначення поняттям:

Реакція елекрофільного заміщення (S_E) – це

 

Навести приклади:

 

 

 

 

Реакція алкілування – це

 

 

Навести приклади:

 

 

 

 

 

 

 

Електронодонорний замісник – це

 

 

 

 

 

Навести приклади:

 

 

 

 

 

 

Навести чотири приклади неузгодженої  орієнтації замісників як одного роду, так і різних родів:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Навести приклади утворення s– та p-комплексів на прикладі реакціій нітрування та алкілювання:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Напишіть структурні формули:

1) стеран (циклопентанпергідрофенантрен):

 

 

 

2) 1-бутил-3-етилбензен:

 

 

3) втор-бутилбензен:

 

 

 

4) 2-етил-4-пропілтолуен:

 

 

 

5) м-дихлорбензен:

 

 

 

6) мезитилен:

 

 

 

7) стирен:

 

 

 

8) алілбензен:

 

 

 

9) 9,10-дигідрофенантрен:

 

 

 

10) b-ізопропілнафтален:

 

 

11) b-нафтол:

 

 

 

12) 1,4-нафтохінон:

 

 

 

13) 9-бромантрацен:

 

 

 

 

14) 8-нітронафтен-2-сульфокислота:

 

 

 

 

3. Назвіть наведені сполуки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Виходячи з бензену і інших необхідних реагентів, запропонуйте схеми синтезу наступних сполук:

1) п-амінобензойної кислоти

 

 

 

 

 

 

 

2) 2,4-динітротолуену

 

 

 

 

 

 

3) м-нітробензойної кислоти

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Напишіть рівняння реакцій, з допомогою яких можна здійснити наступні перетворення:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Домашнє завдання до теми 7.

1. Дати визначення поняттям:

Ароматичність – це

 

 

Критерії ароматичності:

 

 

 

 

 

 

Ауксохроми – це

 

 

Навести приклади:

 

 

 

 

Лейкооснова – це

 

 

 

Навести приклади:

 

 

 

 

 

 

 

2. Одержіть з нафталену:

1) b-амінонафтален:

 

 

 

 

2) 2-бромнафтален:

 

 

 

3) 1,4-нафтохінон.

 

 

 

 

3. Напишіть реакції антрацену з реагентами:

1) Na, C₂H₅OH, t:

 

 

 

 

2) K₂Cr₂O₇, H₂SO₄:

 

 

 

 

 

3) Br₂ (FeCl₃).

 

 

 

 

 

Поясніть підвищену реакційну здатність 9,10-положень антрацену в реакціях окиснення, приєднання та заміщення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тестові завдання до теми 6.

1. Бензен вступає в реакцію алкілування за Фріделем-Крафтсом. Вкажіть правильний варіант реакції алкілування бензену:

1.                     2.                       3.

4.                               5.

2. Як впливає карбоксильна група на реакційну здатність бензольного кільця в яке положення направляє наступні замісники в реакціях S_E?

1. Підвищує реакційну здатність; направляє в орто-, мета- і пара-положення

2. Підвищує реакційну здатність; направляє в орто- і пара-положення

3. Знижує реакційну здатність; направляє в мета-положення

4. Підвищує реакційну здатність; направляє в мета-положення

5. Знижує реакційну здатність; направляє в орто- і пара-положення

3. Для ароматичних вуглеводнів найбільш характерними є реакції?

1. Радикального заміщення                         2. Елімінування

3. Нуклеофільного заміщення                      4. Електрофільного заміщення

5. Електрофільного приєднання

4. Із бензеном реагують всі речовини ряду:

1. HNO₃, NaOH, HCl                        2. , ,

3. , ,                                  4.  у присутності , ,

5. , ,

5. Вкажіть назву даної сполуки –

1. п-ксилен                            2. стирен                    3. кумол                     4. ацетофенон

5. дифеніл

6. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1.                                  2.                      3.

4.                                5.

7. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1. циклогексадієн-1,4                       2. циклогексадієн-1,3

3. циклогексен                                  4. циклогексан

5. гексан

8. По яких положеннях переважно відбуваються реакції S_E в молекулі 4- метил-N-метиланіліну:

1. положення 5 та 6              2. положення 3 та 6                         3. положення 2 та 5

4. положення 2 та 3              5. положення 2 та 6

9. Вкажіть номери сполук з неузгодженим типом орієнтації в реакціях ароматичного S_E:

1. сполука 1 та 5                   2. сполука 4 та 5                               3. сполука 3 та 4

4. сполука 2 та 3                   5. сполука 1 та 2

10. Вкажіть номери сполук з узгодженим типом орієнтації в реакціях S_E:

 

1. сполука 1 та 5                   2. сполука 4 та 5                               3. сполука 3 та 4

4. сполука 2 та 3                   5. сполука 1 та 2

11. Визначте, в якій послідовності збільшується швидкість реакції S_E в ряду:

1. а, в, б                      2. в, а, б                      3. в, б, а                      4. б, а, в                     

5. а, б, в

12. Виберіть сполуки, які є продуктами реакції:

1.  та

2.  та

3.  та

4. та

5.  та

 

Відповіді: 1) 5; 2) 3; 3) 4; 4) 4; 5) 2; 6) 4; 7) 4; 8) 5; 9) 1; 10) 3; 11) 5; 12) 2

 

Тестові завдання до теми 7.

1. Вкажіть назву даної сполуки –

1. дифеніл                  2.  1,2-дигідроксибензен                             3. дифенілметан

4. фенантрен             5. трифенілметан

 

 

2. Вкажіть продукт реакції окислення трифенілметану:

1. трифенілкарбінол                         2. бензиловий спирт                                   3. антрахінон

4. дифенілкарбінол                           5. трифенілкетон

3. Вкажіть продукт реакції нітрування біфенілу:

1.                   2.

3.                         4.

5.

4. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1.                             2.

3.                               4.

5.

5. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1. фенілхлорметан                            2. дифенілметан

3. дифенілхлорметан                        4. трифенілметан

5. біфеніл

6. Вкажіть продукт реакції бромування трифенілметану:

1.                                        2.

3.                                     4.

5.

7. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1. дифенілхлорметан                        2. тетрафенілметан                           3. дифенілметан

4. біфеніл                                           5. трифенілметан

8. Вкажіть продукт реакції нітрування 4-нітродифенілметану:

1.                  2.

3.                        4.

5.

9. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1.                           2.

3.                                               4.

5.

10. Вкажіть продукт реакції окислення дифенілметану:

1. терефталева кислота                                2. дифенілкетон

3. дифенілдигідроксиметан                         4. п-хінон

5. бензойна кислота

11. Вкажіть продукт реакції бромування дифенілметану:

1.                                    2.

3.                                            4.

5.

12. Вкажіть сполуку, що є продуктом реакції:

1.                             2.

3.                                   4.

5.

 

Відповіді: 1) 3; 2) 1; 3) 4; 4) 2; 5) 2; 6) 5; 7) 5; 8) 2; 9) 3; 10) 2; 11) 4; 12) 3.

 

Практична частина до теми 6.

Дослід 1. Одержання та виявлення бензену.

Реактиви: натрій бензоат; натронне вапно; конц. нітратна кислота; конц. сульфатна кислота; бензен; розчин сульфатної кислоти.

Методика виконання. В суху пробірку на висоту біля 5 мм внести рівні за масою кількості натрій бензоату і натронного вапна (NaOH + CaO). Пробірку закрити корком з газовідвідною трубкою, кінець якої опустити в пробірку з 2 краплями концентрованої нітратної кислоти і 3 краплями концетрованої сульфатної кислоти. Пробірку з вихідними речовинами розмістити горизонтально і почати нагрівання верхньої частини (для запобігання конденсації парів бензену), а потім – нижньої.

Через декілька хвилин в пробірці над шаром нітруючої суміші з’являються темні краплі нітробензену. Припинити нагрівання і забрати газовідвідну трубку. В пробірку з нітруючою сумішшю додати 8-10 крапель води і одержаний розчин збовтати. Визначити наявність нітробензену за запахом. Що відчуваєте?

 

 

Напишіть схеми реакцій одержання бензену та нітробензену:

 

 

 

 

 

Поясніть принцип дії нітруючої суміші.

 

 

 

 

Відкривши пробірку з вихідними речовинами, органолептично відчувають запах бензену. Для порівняння беруть промисловий бензен. (Оскільки бензен володіє специфічним, але слабким запахом, тому його переводять в нітробензен, що володіє інтенсивним запахом). Після охолодження пробірки долити в неї декілька крапель сульфатної кислоти.  Що спостерігаєте?

 

Як доказати, що  в ході реакції утворюється натрій карбонат?

Написати відповідне рівняння реакції:

 

 

 

Дослід 2. Властивості бензену.

Реактиви: бензен; розчин бромної води; 1%-ний розчин калій перманганату; розчин сульфатної кислоти.

Методика виконання. У дві пробірки внести по 5 крапель бензену. До одної додати 5 крапель бромної води, до іншої – 5 крапель 1%-ного розчину калій перманганату та 5 крапель 2 н. розчину сульфатної кислоти. Реакційну суміш у пробірках інтенсивно перемішати і дати відстоятись. Що спостерігаєте в обох пробірках?

 

 

Поясніть хімічну інертність бензену відносно бромної води і водного розчину калій перманганату.

 

 

 

 

 

 

Дослід 3. Окиснення бічних ланцюгів гомологів бензену.

Реактиви: толуен або ксилен; перманганат калію (5%-й розчин); сульфатна кислота (10%-й розчин).

Методика виконання. У пробірку з 5 краплями води внести  2 краплі 5%-го розчину перманганату калію, 2 краплі 10%-го розчину сульфатної кислоти та 2 краплі толуену (або 1 краплю ксилену). Одержану реакційну суміш, енергійно збовтуючи, нагріти на пальнику.

Які зміни спостерігаєте? Написати схему реакції окиснення.

 

 

 

 

 

 

 

Які продукти можна одержати в процесі окиснення перманганатом калію етилбензену, п-ксилену?

 

 

 

 

 

 

 

Дослід 4. Бромування бензену та толуену.

Реактиви: бензен; толуен; бром (розчин у ССl₄, 1:5); залізні ошурки; лакмусовий папірець; аміак (25%-й розчин).

Обладнання: водяна баня.

(Дослід проводять під витяжною шафою.)

Методика виконання. У чотири сухі пробірки внести по 5 крапель розчину брому в ССl₄. Потім у першу і третю пробірки додати по 0,1 г залізних ошурок. Після цього в перші дві пробірки додати по 5 крапель бензену, а в наступні – по 5 крапель толуену. Пробірки з реакційними сумішами ставлять у штатив і часто перемішують. До отвору кожної пробірки з реакційною сумішшю піднести змочений водою лакмусовий папірець або скляну паличку, змочену концентрованим (25%-м) розчином амоніаку.  Що спостерігаєте? Написати схеми тих  реакцій, які відбуваються.

 

 

 

 

 

 

 

 

Пробірки з реакційними сумішами, в яких зміни не відбуваються, поставити на гарячу водяну баню. Що спостерігаєте через деякий час в цих пробірках?

Що виявляють, підносячи змочений водою лакмусовий папірець або концентрований розчин амоніаку?

 

 

 

 

Написати схеми відповідних реакцій.

 

 

 

 

 

 

 

 

Краплю кожної реакційної суміші, одержаної в процесі реакцій, нанести на предметне скло і нагріти на киплячій водяній бані. На якому із предметних скелець відчувається різкий запах лакриматора? (Нюхати обережно!) Що це за речовина?

 

 

 

 

 

 

 

 

Як виходячи з електронної будови бензену і толуену (взаємного впливу атомів у молекулі) пояснити більшу активність толуену порівняно з бензеном в реакції бромування?

 

 

 

 

 

Поясніть, чому при бромуванні толуену, якщо взяти еквімолярні кількості реагуючих речовин, утворюються два продукти бромування, тоді як бензен за цих умов утворює один продукт бромування.

 

 

 

 

 

 

 

 

Поясніть, чи з однаковою швидкістю бромуватиметься етилбензен і нітробензен?

 

 

 

 

 

 

Поясніть, чому в присутності каталізатора (залізні ошурки) толуен взаємодіє з бромом за участю атомів гідрогену ароматичного (бензенового) ядра, а при нагріванні або освітленні – реагують атоми гідрогену бокових ланцюгів (радикалів).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дослід 5. Нітрування бензену.

Реактиви: бензен; амоній нітрат; сульфатна кислота (концентрована, r=1,84 г/см³).

Методика виконання. В пробірку внести 1 шпатель амоній нітрату і розчинити його в 1 мл концентрованої сульфатної кислоти. В пробірку додати 3-4 краплі бензену і при перемішуванні нагріти пробірку в полум’ї пальника впродовж 5-7 хв. (Обережно!) Після розчинення бензену вилити рідину в іншу пробірку з холодною водою. Утворений білий осад відфільтрувати на пористому фільтрі, висушити. Визначити температуру плавлення добутої речовини і за одержаним значенням ідентифікувати продукт реакції.

Довідкові дані: т.пл. о-динітробензену 117⁰С, м-динітробензену – 90⁰С, п-динітробензену – 174⁰С.

Написати схему реакції утворення одержаного продукту:

 

 

 

 

 

 

Дослід 6. Сульфування бензену, толуену і ксилену.

Реактиви: бензен; толуен; п-ксилен; сульфатна кислота (концентрована, r=1,84 г/см³).

Обладнання: водяна баня.

Методика виконання. У три сухі пробірки помістити відповідно 0,5 мл бензену, 0,5 мл толуену та 0,5 мл п-ксилену (або іншого його ізомеру). Додати в кожну пробірку  по 1 мл концентрованої сульфатної кислоти. Реакційні суміші в пробірках перемішати та нагріти на водяній бані (60-80⁰С), періодично помішуючи при цьому. Ароматичні вуглеводні із сульфатною кислотою утворюють емульсії, які розшаровуються під час стояння, а при нагріванні поступово розчиняється. Відмітити різницю по часу, яка необхідна для для повного розчинення різних вуглеводнів при однакових умовах проведення реакції.

Пробірки після розчинення охолодити і вилити вміст кожної пробірки в стакани з водою. Утворені сульфокислоти добре розчинні у воді. Відсутність шару вуглеводню над водою свідчить, що сульфування відбулось повністю.

Напишіть схеми реакцій сульфування кожного вуглеводню:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чому при сульфуванні толуену одержують в умовах досліду дві сульфокислоти, а при сульфуванні п-ксилену – одна?

 

 

 

 

Розмістіть досліджувані ароматичні вуглеводні за активністю до реакції сульфування в ряд по спаданню активності:

 

 

Поясніть зміну цієї активності.

 

 

 

 

 

 

 

Одержані в процесі сульфування толуену о- і п-толілсульфокислоти виділити у вигляді їх натрієвих солей. Для цього 2-3 мл водного розчину реакційної суміші, одержаної в процесі сульфування толуену, наливають в іншу пробірку, в яку потім додають 6-7 мл насиченого водного розчину хлориду натрію. Спостерігають, як утворюється осад натрієвих солей о- і п-толілсульфокислот білого кольору, розчинність яких за наявності великої кількості іонів натрію стає досить малою.

 

 

 

 

 

Практична частина до теми 7.

Дослід 1. Окислення нафталену.

Реактиви: нафтален, перманганат калію (2%-й розчин); конц. розчин натрій гідроксиду.

Обладнання: водяна баня.

Методика виконання. У суху пробірку помістити 1 шпатель нафталену, 20 крапель 2%-ного розчину калій перманганату, 1 мл води і 10 крапель концентрованого розчину натрій гідроксиду. Закрити пробірку корком з прямою газовідвідною трубкою. Нагріти пробірку спочатку в полум’ї пальника, а потім продовжити нагрівання на киплячій водяній бані. Що спостерігаєте?

 

 

Якщо колір калій перманганату повністю не зникає, додати декілька крапель етанолу до зникнення забарвлення.

Відфільтрувати бурий осад манган (IV) оксиду, фільтрат перенести у фарфорову чашку і упарити на водяній бані. У фарфоровій чашці випадає кристалічний осад продукту реакції.

Напишіть схему реакції окиснення нафталену:

 

 

 

 

 

Який продукт утворюється при окисненні антрацену?

 

 

 

 

 

 

Дослід 2. Сульфування нафталену.

Реактиви: нафтален; концентрована сульфатна кислота.

Методика виконання. У суху пробірку внести 0,5-1 г нафталену і нагріти до повного його розплавлення. Після охолодження додати 10 крапель концентрованої сульфатної кислоти. Обережно нагріти пробірку над полум’ям пальника, постійно струшуючи до досягнення поністю однорідної суміші. Охолодити суміш до кімнатної температури, додати до неї 10 крапель води і знову злегка нагріти. При охолодженні випадають кристали b-нафталенсульфокислоти, що утворюється згідно рівняння:

 

 

 

 

Який продукт реакції утворюється при сульфуванні нафталену при 80⁰С.

 

 

 

 

 

 

Поясніть, чому нафтален активніший у реакціях електрофільного заміщення, ніж бензен.

 

 

 

 

Дослід 3. Нітрування антрацену.

Реактиви: нафтален; амоній нітрат; концентрована сульфатна кислота; льодяна ацетатна кислота.

Методика виконання. У сухій пробірці розчинити 0,1-0,2 г антрацену в 2-3 мл льодяної ацетатної кислоти та одержану суміш нагріти. До одержаного теплого розчину обережно додати 1 мл 20%-го розчину амоній нітрату в концентрованій сульфатній кислоті. Одержану реакційну суміш перемішати та вилити реакційну суміш у пробірку з 4-5 мл води. Що спостерігаєте?

 

Напишіть схему реакції нітрування антрацену:

 

 

 

 

 

Поясніть, чому нітрування антрацену відбувається насамперед у положення 9.

 

 

 

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

22.05.2012

Р О Б О Т А   № 1.

Синтез 1-йодпентану.

Рівняння проміжних реакцій:

2P + 3J₂ ® 2PJ₃

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 12,7 г йоду.

3.       Готують 25 г 10%-ного розчину гідроксиду натрію

ІІ. Проведення реакції.

1. В круглодонну колбу (рис. 44) (100 мл) вливають 11,1 мл пентанолу-1 (алілового спирту) і додають 1 г червоного фосфору. Поступово при постійному струшуванні і охолодженні колби в бані з холодною водою (при температурі 10-15⁰С) вносять 12,7 г дрібно розтертого йоду (у витяжній шафі!).

2. Колбу з’єднують із зворотним повітряним холодильником і нагрівають на водяній бані (t_води 80⁰С) протягом 2 год при періодичному струшуванні.

ІІІ. Відділення одержаного продукту від супутніх речовин.

1.                  1-Йодпентан відганяють з водяною парою.

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 20 мм рт. ст.).

Вихід 10 г.

Заповнюєте таблицю 2.

 

Ідентифікація:

а) якісна реакція Бейльштейна на присутність галогену.

б) зняти ІЧ- спектр сполуки і довести наявність атома йоду.

 

 

Синтез органічних сполук – вивчення реакцій електрофільного заміщення ароматичних вуглеводнів.

СИНТЕЗ   НІТРОБЕНЗЕНУ.

Схема синтезу

Реактиви: Бензен 15,6 г (19,5 мл), нітратна кислота (r = 1,4) 28 г (20 мл), сульфатна кислота (r = 1,84) 25 мл, 5%-ний розчин гідроксиду натрію.

Обладнання і матеріали: Колба трьохгорла на 250 мл, холодильник повітряний, крапельна лійка,            мішалка, колба В’юрца на 100 мл, колба на 50 мл, перехідник з двома паралельними горловинами, ділильна лійка, термометр.

Методика синтезу. (Дослід проводять під витяжною шафою.)

В трьохгорлу колбу, оснащену мішалкою, термометром, перехідником з двома паралельними горловинами, в які вставляють крапельну лійку і повітряний холодильник, поміщають 20 мл нітратної кислоти і додають 25 мл сульфатної кислоти. До охолодженої до 25-30⁰С нітруючої суміші при енергійному перемішуванні, поступово, невеликими порціями приливають бензен. Вже після додавання першої порції бензену спостерігається підвищення температури. В процесі нітрування температура реакційної суміші не повинна перевищувати 50⁰С або опускатися нижче 25⁰С. Це досягається додаванням бензену і охолодженням реакційної колби в бані з холодною водою.

Після додавання всього бензену реакційну колбу нагрівають на водяній бані при 60⁰С (температура бані) 40-50 хв. Температура повинна витримуватись строго, щоб запобігти утворенню м-динітробензену. Охолоджену реакційну суміш переливають в ділильну лійку і зливають нижній кислотний шар, а нітробензен промивають водою, 3-5%-ним розчином карбонату натрію (або 3-5%-ним розчином гідроксидом натрію), потім знову водою.

Промитий нітробензен переливають у невелику колбу, додають прожарений хлорид кальцію, закривають корком з невеликим повітряним холодильником і нагрівають на водяній бані до тих пір, поки рідина не стане прозорою.

Висушений нітробензен відфільтровують через складчастий фільтр від хлориду кальцію у витяжній шафі, потім переганяють з колби із повітряним холодильником, збираючи фракцію 207-211⁰С. Нітробензен краще переганяти у вакуумі (т. Кип. 99⁰С при 22 мм рт. ст.). Не слід переганяти продукт насухо задля запобігання вибуху при розкладі динітробензену – можливого побічного продукту реакції нітрування бензену.

Вихід 22 (80% теоретичного). Чистий нітробензен має т. кип. 210,9⁰С

(760 мм рт. ст.), .

 

 

 

 

Студент повинен знати:

– будову, номенклатуру, способи добування та закономірності хімічної поведінки моно- та багатоядерних аренів в зв’язку з їх будовою.

 

Студент повинен вміти:

– володіти лабораторними методами добування моно- та багатоядерних аренів та їх похідних;

– володіти правилами проведення необхідних розрахунків для виконання синтезів, складати прилади та проводити нескладні синтези органічних сполук.

 

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 № _____