Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра прикладной химии и физики
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Учебно-методическое пособие
Уфа 2010
Учебно-методическое
лабораторных
работ
по
пособие
курсу
предназначено
органической
для
выполнения
химии,
дисциплины
«Органическая химия» для студентов специальности 270106 «Производство
строительных материалов, изделий и конструкций».
Составитель:
Аминова Г.К., доцент, доктор техн. наук,
Буйлова Е.А., ассистент, канд. хим. наук,
Азнабаев М.Т., доцент, канд. техн. наук,
Нафиков А.Б., аспирант
Рецензент:
Горелов В.С., доцент, к.т.н.
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2010.
Содержание
Основные положения органической химии……………………………
1 Качественный анализ органических соединений. Лабораторная
работа № 1 …………………………………………………………………..……4
2 Предельные (алканы, парафины) и непредельные углеводороды
ряда этилена. Лабораторная работа № 2 ……………………………………...9
3 Оксипроизводные: спирты, карбонильные соединения, карбоновые
кислоты. Лабораторная работа № 3 …………………………………….….....12
4 Высокомолекулярные соединения. Лабораторная работа № 4 ……23
Библиографический список……………………………………………..
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Органическая химия – это химия углеводородов и их производных.
Углеводороды (УВ) – это простейшие органические вещества,
молекулы которых состоят из атомов только двух элементов: С и Н.
Например: СН4, С2Н6, С6Н6 и т.д.
Производные УВ – это продукты замещения атомов «Н» в молекуле
УВ на другие атомы или группы атомов. Например:
H
H
C
NH2
H
H
H
H
C
H
H
C
Cl
H
H
H
H
C
OH
H
ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД. ГОМОЛОГИ
Гомологический ряд – это ряд органических соединений, в котором
каждый следующий член ряда отличается от предыдущего на группу СН2.
Сходные
по
химическим
свойствам
соединения,
образующие
гомологический ряд, называются гомологами.
Например: СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, С5Н12… СnH2n+2.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Органические вещества классифицируются, т.е. разделяются на классы.
Большинство органических соединений можно представить формулой:
R – X, где R – углеводородный радикал, Х – функциональная группа.
Функциональная группа – это группа атомов, которые определяют
наиболее характерные химические свойства органических соединений.
Углеводородные радикалы – остатки УВ, связанные с функциональными
группами.
Классификация
1
органических
веществ
по
строению
углеводородного радикала (R) (таблица 1).
Таблица 1 – Классификация органических соединений по строению
углеводородного радикала
Органические соединения
Ациклические (нециклические)
предельные
(атомы углерода
связаны друг с
другом только
одинарными
σ-связями)
CH3 CH2 CH3
непредельные
(молекулы этих
соединений
содержат
двойные или
тройные связи
между атомами
углерода)
карбоциклические
(в состав циклов
входят только
атомы углерода)
H 2C
H 2C
CH3 CH CH2 OH
CH3
Циклические
CH CH
HC
CH2 CH CH2 OH
CH2
CH2
CH2
CH2
Гетероциклические
(в состав циклов
кроме атомов
углерода входят
атомы других
элементов)
CH
HC
CH
CH
HC
CH
HC
HC
CH
CH
N
CH
CH
HC
O
CH
2 Классификация органических веществ по функциональным группам
(Х) (таблица 2).
Таблица
2
–
Классификация
органических
соединений
по
функциональным группам
Х
Название
функциональной
группы
Гидроксильная
группа
(гидроксил)
- ОН
C
O
Карбонильная
группа
(карбонил)
RX
Название
класса
R – OH
Спирты
Примеры
CH3
CH2
Фенолы
Кетоны
R1
C
R2
OH
OH
CH3
O
C
CH3
O
O
C
Альдегидная
группа
O
R
C
OH
Карбоксильная
группа
(карбоксил)
O
R
C
R – NH2
- NO2
Нитрогруппа
R – NO2
-NH2
Аминогруппа +
карбоксил
NH2 O
R
C
OH
OH
H
Карбоновые
кислоты
CH3 CH2
O
C
OH
Аминогруппа
C
C
H
-NH2
O
O
CH3
C
H
O
Альдегиды
OH
Первичные
амины
Нитросоединения
Аминокислоты
C2H5 NH2
NO2
O
CH3
CH
NH2
C
OH
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
КАЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Качественный анализ имеет своей целью обнаружение определенных
веществ или их компонентов в анализируемом объекте.
Качественный анализ всегда предшествует количественному.
В
настоящее
инструментальными
время
методами:
качественный
спектральными,
анализ
выполняют
хроматографическими,
электрохимическими и др. Химические методы используют на отдельных
стадиях
инструментальных
(вскрытие
пробы,
разделение
и
концентрирование и др.), но иногда с помощью химического анализа можно
получить результаты более просто и быстро, например, установить наличие
двойных и тройных связей в непредельных углеводородах при пропускании
их через бромную воду или водный раствор перманганата калия – KMnO4.
При этом растворы изменяют окраску.
Детально разработанный качественный химический анализ позволяет
определять элементный (атомный), ионный, молекулярный (вещественный),
функциональный, структурный и фазовый составы неорганических и
органических веществ.
Качественный химический анализ базируется на системе химических
реакций, характерных для данного вещества – разделения, отделения и
обнаружения.
К химическим реакциям в качественном анализе предъявляют
следующие требования:
1 Реакция должна протекать практически мгновенно.
2 Реакция должна быть необратимой.
3 Реакция должна сопровождаться внешним эффектом:
а) изменением окраски раствора;
б) образованием или растворением осадка;
в) выделением газообразных веществ;
г) окрашиванием пламени и др.
Реакции, позволяющие получить внешний эффект с определяемым
веществом, называют аналитическими (качественными), а добавляемое для
этого вещество – реагентом.
Для определения элементов, входящих в состав органических веществ,
их необходимо предварительно перевести в неорганические соединения, для
дальнейшего
качественного
исследования
анализа.
которых
Например,
применяют
специальными
методы
методами
обычного
углерод
переводят в диоксид углерода, водород – в воду, азот – в азотистый натрий,
серу – в сульфид серы и т.д.
Экспериментальная часть.
ОПЫТ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА ПРОБОЙ НА ОБУГЛИВАНИЕ
(опыт проводят в вытяжном шкафу)
Реактивы: толуол.
Оборудование: фарфоровая чашка; стеклянная пластинка (стеклянная
палочка).
В маленькую фарфоровую чашечку наливают 2–3 капли толуола. При
поджигании толуол горит коптящим пламенем. При внесении в пламя
стеклянной пластинки или палочки на них образуется слой копоти – углерод.
Следовательно, толуол является органическим веществом. Уравнение
реакции:
С6Н5СН3 + 6О2 = 3СО2 + 2CO + 4H2О + 2С.
ОПЫТ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА СОЖЖЕНИЕМ
ВЕЩЕСТВА С ОКСИДОМ МЕДИ
Реактивы: органическое вещество (глюкоза, глицерин, крахмал,
сахароза, парафин); оксид меди (II) (порошок); известковая вода; сульфат
меди (II) безводный.
Оборудование: пробирка с газоотводной трубкой; стеклянная палочка;
микролопатка.
В сухую пробирку I насыпают черный порошок оксида меди (слой
высотой около 5 мм), добавляют половину микролопатки органического
вещества и тщательно перемешивают, встряхивая пробирку. В верхнюю
часть пробирки помещают небольшой комочек ваты, на который насыпают
немного белого порошка безводного сульфата меди (II). Пробирку закрывают
пробкой с газоотводной трубкой, при этом конец трубки должен почти
упираться в вату с сульфатом меди (II) – CuSO4. Нижний конец трубки
опускают в пробирку II, предварительно налив в нее 5–6 капель известковой
воды – Са(ОН)2. Пробирку I нагревают над пламенем спиртовки. Через
несколько секунд из газоотводной трубки начинают выходить пузырьки газа,
и известковая вода мутнеет вследствие выделения белого осадка углекислого
кальция.
Пробирку II удаляют. Продолжают нагревать пробирку I пока не
произойдет изменение цвета белого порошка обезвоженного медного
купороса, находящегося на ватной пробке. Уравнения реакции:
С6Н12О6+12CuO = 6СО2 + 6Н2О+ 12 Сu;
СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3↓+ Н2О;
CuSО4 + 5H2О = CuSО4·5Н2О.
Метод основан на том, что при прокаливании органического вещества
в смеси с окислителем (оксидом меди(II) – СuО) происходит окисление
углерода органического вещества в диоксид углерода, а водорода – в воду.
Оксид меди (II) при этом восстанавливается до металлической меди.
Выделение диоксида углерода доказывается появлением белого осадка
углекислого кальция. Воду обнаруживают по образованию синих кристаллов
кристаллогидрата медного купороса CuSО4·5Н2О.
ОПЫТ 3. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗОТА
Реактивы: мочевина кристаллическая; натрий металлический; сульфат
железа (II) 0,5н раствор; хлорид железа (III) 0,5н раствор; соляная кислота
(конц.); этиловый спирт 90 %-ный.
Оборудование:
пробирки;
стекла
предметные;
пипетки;
фильтровальная бумага.
В сухую пробирку помещают 5–10 г мочевины (несколько кристаллов)
и вносят небольшой кусочек металлического натрия (со спичечную
«головка»). Смесь осторожно нагревают над пламенем спиртовки до
сплавления мочевины с натрием. При этом наблюдается небольшая вспышка.
После охлаждения пробирки со сплавом в нее добавляют три капли
этилового спирта для устранения остатков металлического натрия. При этом
образуется алкоголят натрия и выделяется водород:
2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2↑,
C2H5ОNa + НОН = С2Н5ОН + NaOH.
Затем в пробирку добавляют 5 капель дистиллированной воды и
нагревают над пламенем спиртовки до растворения образовавшегося
цианистого натрия. С помощью пипетки переносят раствор цианистого
натрия на предметное стекло, добавляют 1 каплю сульфата железа (II),
который в присутствии щелочи, образовавшейся при реакции алкоголята
натрия с водой дает грязно-зеленый осадок гидроксида железа (II) и желтый
осадок гидроксида железа (III). Если в растворе имеется избыток цианистого
натрия, то образуется гексациано-феррат (II) натрия Na4[Fe(CN)6]. На
фильтровальную бумагу (30 x 30 мм) наносят 1 каплю мутной жидкости,
после того, как капля впитается, на это же место наносят 1 каплю соляной
кислоты. Уравнения реакции:
FeSО4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓+ Na2SО4,
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + Na2SO4,
2NaCN + FeSO4 = Fe(CN)2 + Na2SO4,
Fe(CN)2 + 4NaCN = Na4[Fe(CN)6],
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O,
3Na4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12NaCl.
гексациано-феррат (II) железа (III)
берлинская лазурь
Берлинская лазурь может образовываться только после растворения
гидроксида железа (III) в кислоте.
При проведении опыта необходимо обратить внимание на то, чтобы
натрий плавился вместе с органическим веществом. Если натрий плавится
отдельно от вещества, то даже при наличии в веществе азота цианистый
натрий не образуется.
ОПЫТ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРА
ПО ЗЕЛЕНОЙ ОКРАСКЕ ПЛАМЕНИ
Реактивы
и
материалы:
органическое
вещество
(хлороформ,
дихлорэтан); медная проволока.
Галогены проще всего открываются по Бейльштейну – прокаливанием
органического вещества с оксидом меди (II) в пламени горелки.
Медную проволоку длиной 10 см с петлей на конце прокаливают в
пламени горелки до исчезновения посторонней окраски пламени (признак
отсутствия загрязнения медной петли). Остывшую петлю, покрывшуюся
черным налетом оксида меди, опускают в пробирку с 1–2 каплями
испытуемого вещества и вновь вносят в пламя горелки. Появляется
характерная ярко-зеленая окраска пламени.
При прокаливании кислород оксида меди (II) окисляет углерод и
водород органического вещества в диоксид углерода и воду. Медь образует с
галогенами летучие соединения, которые и окрашивают пламя горелки в
зеленый цвет. Появление зеленого окрашивания указывает на присутствие в
органическом соединении галогена.
Уравнения реакции:
2CHCl3 + 5CuO = CuCl2 + 4CuCl + 2CO2 + H2O.
Контрольные задания
1 Почему помутнел раствор известковой воды (опыт 2)? Напишите
уравнение реакции.
2 Почему белый порошок сульфата меди (II) стал голубым (опыт 2)?
Напишите уравнение реакции, учитывая, что к безводному сульфату меди (II)
присоединяется 5 молекул воды.
3 Что произошло с чёрным порошком оксида меди (II) (опыт 2)?
4 Докажите, что сахароза содержит углерод. Проведите опыт.
5 Определите качественный состав поливинилхлорида.
6 Определите качественный и количественный анализ мочевины,
калиевой соли бензойной кислоты. Напишите уравнения реакции.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ, ПАРАФИНЫ).
НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ РЯДА ЭТИЛЕНА (АЛКЕНЫ)
Алканы – алифатические предельные углеводороды, в молекулах
которых атомы углерода связаны между собой простой сигма–связью (σ –
связь), все остальные валентности насыщены атомами водорода.
Простейшим
представителем
и
родоначальником
предельных
углеводородов является метан СН4. По названию этого соединения все
предельные углеводороды называют так же метановыми углеводородами.
По физическим свойствам СН4…С4Н10 – газы, С5Н12…С15Н32 –
жидкости, с С16Н34… - твердые вещества. Не растворимы в воде.
При получении предельных углеводородов используют в основном
природные источники (газ, уголь, нефть, древесина, торф).
Из синтетических методов получения алканов можно выделить
следующие:
1
Гидрирование
непредельных
углеводородов
в
присутствии
металлических катализаторов (Ni, Pt) при нагревании:
CH3 ─ CH ═ CH2 + Н2 → CH3 ─ CH2 ─ СH3.
2
Реакция Вюрца. При действии металлического натрия на
алкилгалогениды получаются алканы с удвоенным числом атомов углерода:
С2Н5Br + 2Na + C2H5Br → C2H5 ─ C2H5 + 2NaBr.
3
При сплавлении солей карбоновых кислот с избытком щелочи
образуются алканы, содержащие на один атом углерода меньше, чем
исходная соль:
CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3.
В обычных условиях алканы химически инертны, что объясняется
высокой прочность σ – связи С – С, С – Н.
Химические свойства. Предельные углеводороды не вступают в
реакции присоединения. При обычных условиях они проявляют чрезвычайно
высокую химическую инертность: не взаимодействуют с кислотами,
щелочами, окислителями, активными металлами.
Для них характерны, в основном, три типа химических реакций:
1 Реакции замещения водорода с разрывом связи С–Н:
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl.
Алканы реагируют с хлором и бромом под действием УФ-излучения,
реакция протекает по цепному механизму. Реакция бромирования жидких
алканов сопровождается выделением бромистого водорода и происходит
значительно
медленнее,
чем
бромирование
газообразных
алканов.
Бромирование ускоряется добавлением катализаторов – железных опилок,
амальгамированного
алюминия,
кристаллического
йода.
Легче
всего
галогенируются углеводороды с третичным атомом углерода в молекуле,
труднее всего замещаются атомы водорода при первичном атоме углерода.
2 Реакция Коновалова. Под действием разбавленной азотной кислоты
при 1400 С, под давлением протекает радикальная реакция замещения:
СН3 – СН3 + HNO3 → CH3 – CH2 – NO2 + H2O,
3 Реакции расщепления молекулы (крекинга) с разрывом как С–Н, так
и С–С связей:
С8Н18 → С4Н10 + С4Н8,
2СН4 → С2Н2 + 3Н2.
Крекинг протекает при нагревании или при нагревании под действием
катализаторов, при крекинге высших алканов образуются алкен и низшие
алканы, при крекинге метана и этана – ацетилен и водород.
4 Окисление. В избытке кислорода алканы сгорают до СО2 и Н2О с
выделением большого количества теплоты:
СnH2n+2 + O2 → CO2 + H2O + Q
Мягким окислением метана кислородом воздуха могут быть получены
CH3COOH, H2CO3, HCOOH. Окислением бутана
кислоту:
2CH4 + 2O2 → CH3COOH + 2H2O,
получают уксусную
2CH4 + 3O2 → 2HCOOH + 2H2O,
2С4Н10 + 5О2 → 4СН3СООН + 2Н2О.
Алкенами называют углеводороды, в молекулах которых между
углеводородными атомами имеется хотя бы одна двойная связь (σ–связь и π–
связь). Они содержат в своей молекуле меньшее число водородных атомов,
чем соответствующие им предельные углеводороды с тем же числом атомов
углерода, поэтому их также называют ненасыщенными.
В природе встречаются редко. Основными промышленными методами
получения
непредельных
углеводородов
являются:
крекинг
алканов,
содержащихся в нефтях; дегидрирование алканов. В лабораторных условиях
алкены получают с помощью реакций отщепления (элиминирования), при
которых от соседних атомов углерода отщепляются два атома или две
группы атомов углерода, и образуется дополнительная π–связь. Отщеплять
можно молекулы воды, галогеноводорода или галогена от соответствующих
производных алканов:
СН3 – СН2 – ОН → СН2 ═ СН2 + Н2О,
(катализатор – конц. H2SO4),
СН3 – СН2 – СНBr – CH3 + KOH(спир. р-р) → CH3 – CH ═ CH – CH3 + KBr
+ H2O,
СН2Br – СHBr – CH3 + Mg → CH2 ═ CH – CH3 + MgBr2.
Химические свойства олефинов определяет двойная углерод –
углеродная
связь.
Для
них
характерны
реакции
присоединения,
полимеризации и окисления:
t, H2SO4
1. CH3 – CH = CH2 + HOH → CH3 – CH(OH) – CH3,
2. CH2 = CH2 + Br2(вод. р-р) → BrCH2 – CH2Br,
3. CH3 – CH = CH2 + HCl → CH3 – CH(Cl) – CH3
4. nCH2 = CHR → ( - CH2 – CHR - )n,
5. 3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2 – CH2OH + 2MnO2 +
2KOH.
Экспериментальная часть
ОПЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ
Реактивы и материалы: уксуснокислый натрий (обезвоженный);
натронная известь; бромная вода, насыщенный раствор; перманганат калия,
1н раствор.
Оборудование: штатив; спиртовка; пробирка с газоотводной трубкой.
Получение метана и его строение. В сухую пробирку I, снабженную
пробкой с газоотводной трубкой, помещают смесь из обезвоженного
уксуснокислого натрия и натронной извести (Са(ОН)2 + NаОН) (примерно 1 :
2), высота слоя 6…10 мм. Затем укрепляют пробирку горизонтально в
штатив и нагревают смесь в пламени спиртовки.
При нагревании натриевой соли уксусной кислоты с натронной
известью происходит расщепление соли с образованием метана:
СH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3
Поджигают выделяющийся газообразный метан у конца газоотводной
трубки, метан горит голубоватым несветящимся пламенем:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
Нагревание натриевых солей карбоновых кислот с натронной известью
является
общим
лабораторным
способом
получения
предельных
углеводородов.
Отношение метана к бромной воде и перманганату калия. В пробирку
II помещают 5 капель раствора перманганата калия и в пробирку III 3…5
капель бромной воды. Не прекращая нагревания смеси в пробирке I, вводят
поочередно конец газоотводной трубки в пробирки II, III. Обесцвечивание
растворов перманганата калия и бромной воды не происходит. Почему?
ОПЫТ 2. БРОМИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
(опыт проводить в вытяжном шкафу).
Реактивы и материалы: жидкие алканы (пентан, гексан); раствор брома
в органическом растворителе; аммиак 25 %-ный раствор; лакмусовая бумага
(синяя).
Оборудование: пробирка; пинцет; стеклянная палочка.
В сухую пробирку помещают 4 капли смеси пентана и гексана и
добавляют 1…2 капли раствора брома. Содержимое пробирки перемешивают
на холоде. Почему окраска брома при этом не изменяется? Нагревают
содержимое пробирки до исчезновения окраски. В отверстие пробирки
вносят стеклянную палочку, смоченную раствором аммиака – появляется
белый дымок – NH4Br:
HBr + NH3 → NH4Br
Пинцетом вносят в пробирку синюю лакмусовую бумагу, смоченную
водой – лакмусовая бумага краснеет. Объясните почему?
ОПЫТ 3. ПОЛУЧЕНИЕ ЭТИЛЕНА И ЕГО ГОРЕНИЕ
Реактивы и материалы: этиловый спирт 96 %-ный; серная кислота
(конц.); бромная вода, насыщенный раствор; раствор перманганата калия
0,1н. раствор.
Оборудование: песок; пробирка с газоотводной трубкой; спиртовка.
В сухую пробирку помещают несколько крупинок песка, 6 капель
этилового спирта и 8 капель концентрированной серной кислоты. Закрывают
пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают смесь над
пламенем спиртовки.
Концентрированная серная
кислота является окислителем. При
нагревании смеси спирта с концентрированной серной кислотой кроме
этилена и следов диэтилового эфира (С2Н5)2О, также образуется ряд
продуктов окисления органических соединений, например, СО2, уголь С
(обычно
смесь
в
пробирке
чернеет).
Серная
кислота
при
этом
восстанавливается углеродом до диоксида серы:
2H2SO4 + C → CO2 + 2SO2 + 2H2O.
Если реакцию вести в присутствии песка, сульфата алюминия
(катализаторы, ускоряющие дегидратацию спирта), диоксид серы не
образуется, следовательно, почернение смеси не происходит.
Выделяющийся газ поджигают у конца газоотводной трубки – он горит
светящимся пламенем.
Выделяющийся этилен горит светящимся пламенем:
Уравнение реакции:
CH2 ═ CH2 + 3О2 → 2СО2 + 2 Н2О.
ОПЫТ 4. ПРИСОЕДИНЕНИЕ К ЭТИЛЕНУ БРОМА
(продолжение опыта №3).
Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и серной
кислоты (опыт 3), опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 5
каплями бромной воды. Уравнение реакции:
CH2 ═ CH2 + Br2 → CH2Br ─ CH2Br
Для алкенов характерны реакции присоединения по месту двойной
связи.
Реакция
обесцвечивания
водного
раствора
брома
служит
качественной реакцией на двойную связь.
ОПЫТ 5. ОТНОШЕНИЕ ЭТИЛЕНА К ОКИСЛИТЕЛЯМ
(продолжение опыта №3).
Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и серной
кислоты (опыт 3), опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 1
каплей раствора перманганата калия и 4 каплями воды. Раствор перманганата
калия быстро обесцвечивается. При этом алкен окисляется в двухатомный
спирт. Уравнение реакции:
CH2 ═ CH2 + [O] + HOH → CH2(OH) ─ CH2(OH)
Эта реакция является качественной реакцией на двойную связь.
Контрольные задания.
1 Напишите структурные формулы изомеров гептана и назовите их по
систематической номенклатуре.
2 Из каких галогенопроизводных можно получить 2,4-диметилпентан
по реакции Вюрца?
3 Какой объем оксида углерода (IV) образуется при сжигании 2 моль
этана?
4 При сжигании 4,4 г углеводорода образовалось 13,2 г оксида углерода
(IV) и 7,2 воды. Плотность вещества по водороду равна 22. Найдите
молекулярную формулу этого углеводорода.
5 Напишите структурные формулы изомеров гексена и пентена и
назовите их по систематической номенклатуре.
6 Какие непредельные углеводороды образуются при действии
цинковой
пыли
на:
1)
2,3-дибром-2-метилбутан;
2)
2,3-дихлор-4,4-
диметилпентан.
7 Напишите уравнения реакций взаимодействия изопрена с бромом,
бромоводородом.
8
Напишите
уравнение
реакции
взаимодействия
ацетилена
с
хлороводородом. Какими свойствами обладает полученное вещество?
9 Напишите уравнения реакций присоединения воды, хлороводорода к
бутену-1.
10 Какие спирты можно получить гидратацией этиленовых
углеводородов состава С4Н8?
11 Напишите уравнения реакции полимеризации углеводорода С4Н8 с
разветвленным углеродным скелетом?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.
ОКСИПРОИЗВОДНЫЕ: СПИРТЫ, КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ,
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Спирты – оксопроизводные углеводородов, в молекулах которых один
атом водорода замещен на гидроксильную группу. Общая формула
одноатомных спиртов R – OH:
С2Н5ОН – этанол.
Гликоли – спирты с двумя и более гидроксильными группами при
разных углеродных атомах. Общая формула таких спиртов CnH2n(OH)m:
НO – CH2 – CH2 – OH – этиленгликоль,
НО – СН2 – СН(ОН) – СН2 – ОН – глицерин.
Глицерин легко образует глицераты с гидроксидами тяжелых металлов.
Однако
способность
его
образовывать
металлические
производные
(глицераты) с многовалентными металлами объясняется не столько его
повышенной кислотностью, сколько тем, что при этом образуются
внутрикомплексные
соединения,
обладающие
особой
устойчивостью.
Соединения такого типа часто называют хелатными (от греческого слова
«хела» - клешня).
Фенолами
называются
соединения,
содержащие
гидроксильную
группу, связанную непосредственно с бензольным ядром. В зависимости от
числа гидроксильных групп в ядре различают одно-, двух- и трехатомные
фенолы:
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Фенол
пирокатехин
резорцин
гидрохинон
По своим физическим и химическим свойствам алифатичесие спирты и
фенолы заметно отличаются друг от друга.
Общим способом получения спиртов, имеющим промышленное
значение, является гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании
алкена с парами воды над фосфорнокислым катализатором:
СН2 ═ СН2 + Н2О → СН3 – СН – ОН.
Спирты получают гидролизом алкилгалогенидов под действием
водных растворов щелочей:
R – Br + NaOH → R – OH + NaBr.
Спирты получают восстановлением карбонильных соединений (при
восстановлении
альдегидов
образуются
первичные
спирты,
при
восстановлении кетонов – вторичные):
R – CH = O + H2 → R – CH2 – OH,
R – CO – R' + H2 → R – CH(OH) – R'.
Химические свойства спиртов определяются присутствием в их
молекулах гидроксильной группы (ОН). Связи С – О и О – Н сильнополярны
и способны к разрыву.
Реакции с разрывом связи О – Н.
1 Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:
2С2Н5ОН + 2К → 2С2Н5ОК + Н2.
2 При действии на спирты минеральных и органических кислот
образуются сложные эфиры (реакция этерификации):
С2Н5ОН + СН3СООН → СН3СООС2Н5 + Н2О,
С2Н5ОН + HONO2 → C2H5ONO2 + H2O.
3 Спирты окисляются под действием дихромата или перманганата
калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются до
альдегидов, а вторичные – до кетонов:
R – CH2 – OH → R – CH ═ O → R – COOH,
CH3 – CH(OH) – CH3 → CH3 – C(O) – CH3.
Реакции с разрывом связи С – О.
1 Реакции дегидратации протекают при нагревании спиртов с
водоотнимающими средствами. При сильном нагревании происходит
внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов, при более
слабом
нагревании
происходит
межмолекулярная
дегидратация
с
образованием простых эфиров:
t, H2SO4
CH3 – CH2 – CH2 – OH → CH3 – CH ═ CH2 + H2O,
t, H2SO4
2CH3 – CH2 – OH → C2H5 – O – C2H5 + H2O.
2 Спирты реагируют с галогеноводородными кислотами:
ROH + HCl → RCl + H2O.
Альдегиды и кетоны – производные углеводородов, в которых
содержится одна и более карбонильных групп.
Если карбонильная группа соединена с одним радикалом и водородом,
то такие соединения называются альдегидами:
O
R
C
H
Соединения, в которых карбонильная группа соединена с двумя
одинаковыми или разными радикалами, называются кетонами:
R
C
R1
O
В зависимости от характера радикалов, связанных с карбонильной
группой, альдегиды и кетоны могут быть насыщенными, ненасыщенными,
алифатическими или ароматическими
Насыщенные:
O
O
H
CH3
C
H
H2C
C
H3C
H
C
CH3
O
метаналь
пропаналь
ацетон
Ненасыщенные:
O
CH2 CH2
C
O
HC
CH2
H
пропеналь
C
H
пропиналь
Ароматические:
O
C
H
бензойный альдегид
Карбонильные
соединения
относятся
к
числу
весьма
реакционноспособных органических веществ. Их химические свойства
связаны с особенностями электронного строения карбонильной группы.
Связь между атомом углерода и атомом кислорода вследствие большой
электротрицательности кислорода по сравнению с углеродом сильно
поляризована за счет смещения электронной плотности π – связи к
кислороду:
С ═ О.
Сильная поляризация связи С ═ О в карбонильных соединениях ведет к
тому, что на кислороде сосредотачивается отрицательный заряд, а на
карбонильном углероде – положительный. Полярность карбонильной группы
определяет и ее реакции. Большинство реакций карбонильных соединений –
это реакции, в которых положительно заряженный карбонильный углерод –
электрофильный центр молекулы взаимодействует с нуклеофильными
реагентами.
1. СН3 – СН = О + HCN → CH3 – CH(CN) – OH
2. R – CH = O + NaHSO3 → R – CH(OH) – SO3Na
3 CH3 CH O + 2CH3OH
H+
CH3 CH
OCH3+ H2O
OCH3
O
4R
C
R CH SO3Na
+ NaHSO3
H
OH
H2O
5 CH3CHO + RMgX
CH3
CH O
R
MgX
- Mg(OH)X
CH3
CH
R
OH
6 CH3
CH3 + R
C
MgX
( CH3)2C(R)
O
MgX
H2 O
-Mg(OH)X
(CH3)2C(R)
O
O
7R
+ H2
C
R
CH2
OH
H
8R
C
R' + H2
O
R CH
R'
OH
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов,
которые содержат в молекуле одну или несколько карбоксильных групп СООН. Карбоксильную группу можно рассматривать как формальное
сочетание карбонильной группы и гидроксила («карб–оксил»).
В зависимости от природы радикала, связанного с карбоксильной
группой, карбоновые кислоты делят на предельные и непредельные,
алифатические и ароматические.
Число карбоновых групп определяет основность кислот: кислоты с
одной карбоксильной группой являются одноосновными, с двумя –
двухосновными и т.д. Кроме того по количеству углеродных атомов в
радикале различают кислоты низшие (низкомолекулярные) и высшие
(высокомолекулярные).
Карбоновые кислоты с числом атомов углерода выше 6 называют
высшими (жирными) кислотами.
Алифатические предельные одноосновные карбоновые кислоты имеют
общую формулу СnH2nO2 или CmH2m+1COOH.
СН3СООН – уксусная кислота (этановая),
СН3(СН2)16СООН – стеариновая кислота (октадециловая)
Получение. 1 Общий способ получения карбоновых кислот – окисление
альдегидов и первичных спиртов, в качестве окислителей применяют KMnO4
и K2Cr2O7:
R – CH2 – OH → R – CH ═ O → R – COOH.
OH
2 Гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома
галогена у одного атома углерода. Образуются спирты, содержащие группы
ОН у одного атома, эти вещества неустойчивы и разлагаются с образованием
карбоновой кислоты:
R – CCl3 → [R – C(OH)3] → R – COOH.
3 Получение карбоновых кислот из цианидов – способ, позволяющий
наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида:
CH3 – Br + NaCN → CH3 – CN + NaBr;
CH3 – CN + 2H2O → CH3COONH4;
CH3CONH4 + HCl → CH3COOH + NH4Cl.
4 Для отдельных кислот существуют специфические способы
получения. Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II)
с порошкообразным гидроксидом натрия:
NaOH + CO
200o C, PHCOONa H2SO4
HCOOH
Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана
кислородом воздуха:
2 C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O
Химические свойства. Карбоновые кислоты – более сильные кислоты,
чем спирты, так как атом водорода в карбоксильной группе обладает
повышенной подвижностью благодаря влиянию группы СО. В водном
растворе карбоновые кислоты диссоциируют:
RCOOH → RCOO- + H+.
Сила карбоновых кислот зависит от электронного эффекта группы,
связанной с группой СООН. Электроноакцепторные заместители (ССl3)
оттягивают
способствуют
электронную
диссоциации
плотность
кислоты.
от
карбоксильной
Электронодонорные
группы
и
заместители
(углеводородные заместители) увеличивают электронную плотность на
карбоксильной группе и затрудняют диссоциацию кислоты.
1 Карбоновые кислоты реагируют с активными металлами, основными
кислотами, основаниями и солями более слабой кислоты:
2RCOOH + Mg → (RCOO)2Mg + H2;
2RCOOH + CaO → (RCOO)2Ca + H2O;
RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O;
RCOOH + NaHCO3 → RCOONa + H2O + CO2↑.
2
Ряд
свойств
карбоновых
кислот
обусловлен
наличием
углеводородного радикала:
CH3 CH2 COOH + Br2
t, kat
CH3 CHBr
COOH + HBr
Экспериментальная часть.
ОПЫТ 1. РАСТВОРИМОСТЬ СПИРТОВ В ВОДЕ
Реактивы: этиловый спирт; изоамиловый спирт.
Оборудование: пробирка.
В сухую пробирку налейте 1 мл этилового спирта и по каплям
добавляйте к спирту воду. Наблюдается ли помутнение или расслоение
жидкостей? Что можно сказать о растворимости этанола в воде.
Проделайте то же самое с изоамиловым спиртом. Что наблюдаете?
ОПЫТ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЛИЦЕРИНА
С ГИДРОКСИДОМ МЕДИ (II)
Реактивы: глицерин; сульфат меди (II) 0,2 н раствор; едкий натр 2н
раствор.
Оборудование: пробирка.
Помещают в пробирку 2 капли раствора сульфата меди (II), 2 капли
раствора едкого натра и перемешивают – образуется голубой студенистый
осадок гидроксида меди (II). В пробирку добавляют 1 каплю глицерина и
взбалтывают содержимое. Осадок растворяется и появляется темно-синее
окрашивание вследствие образования глицерата меди (II). Напишите
уравнение реакции.
ОПЫТ 3. ОТНОШЕНИЕ СПИРТОВ К ГАЛОГЕНАМ И
ГАЛОГЕНОВОДОРОДАМ
Реактивы: этиловый спирт; изоамиловый спирт; бромная вода
насыщенный
раствор;
серная
кислота
(конц.);
хлорид
натрия
кристаллический.
Оборудование: пробирки; спиртовка.
Спирты с галогенами на холоду не реагируют; при взаимодействии с
галогеноводородами происходит замещение ОН- группы в молекулах
спиртов атомов галогена.
Внесите в чистую пробирку 1 мл эмульсии: изоамиловый спирт + вода
и добавьте 1 мл бромной воды. Как изменяется цвет?
Внесите в сухую пробирку измельченные кристаллы хлорида натрия
(высота слоя 0,5 см), добавьте 0,5 мл этилового спирта и несколько капель
концентрированной
серной
кислоты.
Нагрейте
смесь
над
пламенем
спиртовки. Выделение хлорэтана С2Н5Cl можно обнаружить по характерному
окрашенному в зеленый цвет колечку, образующемуся при возгорании
хлорэтана, когда к отверстию пробирки подносят время от времени горящую
лучинку.
ОПЫТ 4. ПОЛУЧЕНИЕ УРОТРОПИНА
Реактивы: раствор формальдегида
- формалин 40 %-ный раствор;
аммиак 2 н раствор; фенолфталеин 1 %-ный раствор; соляная кислота 2 н.
раствор.
Оборудование: предметное стекло; пробирки.
В пробирку помещают 1 каплю раствора фенолфталеина и 2 капли
раствора аммиака. Раствор становится розовым, который при добавлении
следующей капли раствора формальдегида обесцвечивается. Добавляют еще
2 капли раствора аммиака, раствор становится розовым, но быстро
обесцвечивается, так как аммиак вступает в реакцию с формальдегидом,
образуя гексаметилентетрамин или уротропин. Добавляют по каплям раствор
аммиака до появления неисчезающего розового окрашивания, это указывает
на то, что весь формальдегид прореагировал с аммиаком, и имеется избыток
аммиака.
Несколько капель полученного раствора переносят на предметное
стекло и осторожно выпаривают воду над пламенем спиртовки. На
предметном стекле остаются кристаллики уротропина. Уравнение реакции:
4NH3 + 6 CH2O → (CH2)6N4 + 6H2O.
ОПЫТ 5. ОКИСЛЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ ГИДРОКСИДОМ МЕДИ (II)
Реактивы: формальдегид 40 %-ный раствор; сульфат меди (II); едкий
натр 20 %-ный раствор.
Оборудование: спиртовка; пробирки.
В пробирку помещают 4 капли раствора едкого натра, разбавляют его 4
каплями воды и добавляют 2 капли раствора сульфата меди (II). К
выпавшему осадку гидроксида меди (II) прибавляют 1 каплю раствора
формальдегида и взбалтывают содержимое пробирки. Нагревают над
пламенем спиртовки, таким образом, чтобы довести до кипения только
верхнюю часть раствора так, а нижняя часть оставалась для контроля
холодной. В нагретой части пробирки выделяется желтый осадок гидроксида
меди (I), переходящий в красный оксид меди (I), а иногда на стенках
пробирки выделяется даже металлическая медь.
Уравнения реакций:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ Na2SO4;
CH2O + 2Cu(OH)2 = HCOOH + 2CuOH + H2O;
2CuOH → Cu2O + H2O.
Повторите этот опыт, заменив раствор формальдегида раствором
уксусного альдегида. Что наблюдается?
Таким образом, взаимодействие с гидроксидом меди является
качественной реакцией на альдегиды.
ОПЫТ 6. РЕАКЦИЯ АЦЕТОНА С ГИДРОСУЛЬФИТОМ НАТРИЯ
Реактивы: ацетон; гидросульфит натрия насыщенный раствор; соляная
кислота 2 н раствор.
Оборудование: микроскоп; предметное стекло; запаянный капилляр.
На предметное стекло наносят 2 капли насыщенного раствора
гидросульфита натрия, добавляют 1 каплю ацетона и размешивают концом
запаянного капилляра. Вскоре начинает выпадать кристаллический осадок
гидросульфитного соединения ацетона. Предметное стекло переносят под
микроскоп и рассматривают кристаллы.
Добавляют к осадку каплю раствора соляной кислоты – осадок
гидросульфитного соединения ацетона растворяется.
Продукты присоединения гидросульфита натрия при обработке слабой
щелочью или разбавленной кислотой (HCl, H2SO4) разлагаются, образуя
исходные карбонильные соединения. Напишите уравнения реакций.
ОПЫТ 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕНЗОЙНОГО АЛЬДЕГИДА СО
ЩЕЛОЧЬЮ (РЕАКЦИЯ КАННИЦИАРО)
Реактивы и материалы: бензойный альдегид; едкое кали 10 %-ный
раствор; дихромат калия 0,5 н раствор; серная кислота (конц.).
В пробирку помещают 5 капель бензойного альдегида и добавляют при
встряхивании 3 капли раствора щелочи. Из раствора выпадают кристаллы
бензойнокислого калия.
Для ароматических альдегидов характерна реакция, заключающаяся в
том, что под действием концентрированной щелочи две молекулы альдегида
вступают друг с другом в окислительно-восстановительное взаимодействие:
одна молекула окисляется в кислоту, другая – восстанавливается в спирт. Эта
реакция является частным случаем реакции сложно-эфирной конденсации.
Очевидно, вначале из двух молекул альдегида образуется эфир, который в
этих условиях под действием щелочи сразу не гидролизуется. Уравнение
реакции:
C6H5 − COH + KOH → C6H5COOK + C6H5CH2OH.
Так как реакция протекает в щелочной среде, бензойная кислота
получается в виде соли С6Н5СООК.
Содержимое пробирки переносят в центрифужную пробирку и
центрифугируют
около
5
минут.
Прозрачный
раствор, содержащий
бензиловый спирт, сливают в микрохимическую пробирку, добавляют 1
каплю серной и 2 капли раствора дихромата калия. Осторожно нагревают до
кипения. Бензиловый спирт при этом окисляется, образуя бензойный
альдегид и затем бензойную кислоту. Уравнение реакции:
C6H5CH2OH → C6H5COH → C6H5COOH.
По помутнению содержимого пробирки можно судить об образовании
бензойной кислоты.
ОПЫТ 8. КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Реактивы: уксусная кислота 0,1 н раствор; карбонат натрия; метиловый
оранжевый раствор; универсальный индикатор фенолфталеин 1 %-ный
спиртовой раствор.
Оборудование: пробирки; лучинка.
В три пробирки помещают по одной капле раствора уксусной кислоты.
В первую пробирку добавляют 1 каплю метилового оранжевого, во вторую 1 полоску универсального индикатора и в третью - 1 каплю фенолфталеина.
Отметьте окраску индикаторов.
В пробирку наливают 2...3 капли раствора уксусной кислоты и
добавляют несколько крупинок углекислого натрия. К отверстию пробирки
подносят горящую лучинку. Лучинка гаснет. Уравнение реакции процесса:
2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + CO2 + H2O.
ОПЫТ 9. ПОЛУЧЕНИЕ БЕНЗОЙНОКИСЛОГО КАЛИЯ
Реактивы: бензойная кислота; едкое кали 1 н раствор; соляная кислота
2н раствор.
Оборудование: пробирка.
В пробирку помещают несколько кристаллов бензойной кислоты и
прибавляют 3 капли раствора едкого калия. Встряхивают содержимое
пробирки. Кристаллы растворяются. Уравнение реакции процесса:
С6Н5СООН + КОН → С6Н5СООК + Н2О.
Бензойная кислота с основаниями образует соли. Ее соли со
щелочными металлами хорошо растворимы в воде, поэтому бензойная
кислота растворима в щелочах.
К
полученному
прозрачному
раствору
бензойнокислого
калия
добавляют 2...3 капли раствора соляной кислоты. Снова выпадает бензойная
кислота:
С6Н5СООК + НС1 → С6Н5СООН + КС1.
ОПЫТ 10. ПРИСОЕДИНЕНИЕ БРОМА К ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЕ
Реактивы: олеиновая кислота; бромная вода насыщенный раствор.
Оборудование: пробирка.
В пробирку вносят 3...4 капли бромной воды, 1 каплю олеиновой
кислоты
и
энергично
взбалтывают.
Бромная
вода
обесцвечивается.
Уравнение реакции процесса:
CH3 − (CH2)7 − CH ═ CH − (CH2)7 − COOH + Br2
→ CH 3− (CH2)7 − CHBr − CHBr − (CH2)7 − COOH.
ОПЫТ 11. ОБРАЗОВАНИЕ НЕРАСТВОРИМЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ
СОЛЕЙ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
Реактивы: мыло раствор; хлорид кальция 0,5 н раствор.
Оборудование: пробирка.
В пробирку помещают 2 капли мыла, 1 каплю раствора хлорида
кальция и взбалтывают содержимое пробирки. Выпадает белый осадок
(стеарат кальция). Уравнение реакции процесса:
2С17Н35COONa + CaCl2 → (С17Н35СОО)2Са + 2NaCl.
Кальциевые соли жирных кислот (кальциевое мыло) нерастворимы в
воде. Кальциевое мыло выделяется при мытье в жесткой воде.
Контрольные задания.
1 Напишите уравнения реакций гидролиза водным раствором
гидроксида натрия соединений: 1) 2-хлорбутана; 2) 2-хлор-2-метилпентана;
3) 1-хлорпропана. Назовите полученные вещества.
4 Каким способом можно получить 2-метилпропанол-1 из ацетилена?
5
Напишите уравнение реакции окисления пропилена водным
раствором перманганата калия. Назовите продукт.
6
Напишите
возможные
изомеры
альдегидов
и
кетонов,
соответствующие молекулярной формуле С6Н12О.
7
Какие спирты образуются при восстановлении водородом
соединений: 1) пропаналя; 2) бутаналя; 3) пропанона; 4) 3-метилпентанона-2?
8
Напишите уравнения реакции получения масляной кислоты из
бутана.
9
Какой необходимо взять кетон, чтобы при его окислении
получить первые члены гомологического ряда одноосновных насыщенных
карбоновых кислот?
10
жира.
Получите стеариновую кислоту гидролизом соответствующего
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Высокомолекулярными
соединениями,
ВМС
или
полимерами,
называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка
сотен, тысяч и миллионов), молекулы которых построены из множества
повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых
молекул — мономеров.
Полимеры можно получить следующими процессами:
а) Реакция полимеризации — процесс, в результате которого молекулы
низкомолекулярного соединения (мономера) соединяются друг с другом при
помощи
ковалентных
связей,
образуя
новое
вещество
(полимер),
молекулярная масса которого в целое число раз больше, чем у мономера;
полимеризация характерна, главным образом, для соединений с кратными
(двойными или тройными) связями:
1 Получение полиэтилена:
2 Получение полипропилена:
3 Получение полистирола:
4 Получение бутадиенового каучука (метод Лебедева):
2CH3
CH2
OH
Al2O3;ZnO
o
425 C
CH2 CH CH
CH2 + H2 + H2O
H
CH2
C
t, kat
n(CH2
CH CH
C
H
CH3
n
CH2 )
t,kat
CH2
CH2
C
C
H
H
n
б) Реакция поликонденсации — процесс образования полимера из
низкомолекулярных
функциональных
соединений,
групп,
содержащих
сопровождающийся
две
или
несколько
выделением
за
низкомолекулярных веществ как вода, аммиак, галогеноводород и т. п.
Состав элементарного звена полимера в этом случае отличается от состава
исходного мономера:
1 Получение фенолформальдегидной смолы:
в) Реакции сополимеризации – процесс образования полимеров из двух
или нескольких различных мономеров
1 Получение бутадиен-стирольного каучука:
Классификация ВМС по способам получения
Природные – ВМС растительного и природного происхождения
Примерами природных высокомолекулярных соединений могут служить
крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся
остатками моносахарида (α-глюкозы), а также белки, элементарные звенья
которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся
природные каучуки.
Химические:
а) Искусственные ВМС – получают путем переработки природных
ВМС (эфиры целлюлозы и т.д.);
б)
Синтетические
низкомолекулярных
ВМС
веществ
–
получают
(полиэтилен,
путем
синтеза
из
полистирол,
синтетические
приобретают
синтетические
каучуки, лавсан, капрон, нитрон).
Среди
ВМС
большее
значение
высокомолекулярные соединения (синтетические высокополимеры). Это
разного рода материалы, обычно получаемые из доступного и дешевого
сырья, на их основе получают пластические массы, синтетические волокна.
Полимеры и пластмассы на их основе являются ценными заменителями
многих природных материалов (металлов, дерева, кожи, клеев и т. п.).
Синтетические волокна успешно заменяют натуральные — шелковые,
шерстяные, хлопчатобумажные. При этом важно подчеркнуть, что по ряду
свойств материалы на основе синтетических полимеров часто превосходят
природные. Можно получать пластические массы, волокна и другие
соединения с комплексом заданных технических свойств. Это позволяет
решать многие задачи современной техники, которые не могли быть решены
при использовании только природных материалов.
Классификация полимеров по свойствам и применению
- пластмассы (термореактивные и термопластичные);
- эластомеры (каучуки, резины);
- волокна.
Общие свойства ВМС:
- не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком
интервале температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления;
- не подвергаются перегонке, так как разлагаются при нагревании;
- не растворяются в воде или растворяются с трудом;
- обладают высокой прочностью;
-
инертны
в
химических
средах,
устойчивы
к
воздействию
окружающей среды.
Экспериментальная часть.
ОПЫТ 1 ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ СТИРОЛА
Реактивы
и
материалы:
стирол;
пероксид
бензоила
(пероксид
водорода).
Оборудование: пробирка; трубка, вставленная в холодильник.
В пробирку помещают 2 мл стирола и несколько крупинок пероксида
бензоила
(инициатор).
При
отсутствии
пероксида
бензоила
можно
воспользоваться пероксидом водорода (2–3 капли). Закрывают пробирку
трубкой, вставленной в пробку (холодильник), и нагревают в течение 15
минут. Что наблюдается? Загустевшую жидкость охлаждают.
ОПЫТ 2 ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА
Реактивы и материалы: полиметилметакрилат; пероксид бензоила.
Оборудование: пробирка, водяная баня.
В пробирку наливают 2 мл метилметакрилата, добавляют несколько
крупинок пероксида бензоила и нагревают на кипящей водяной бане до
получения стекловидной массы.
ОПЫТ 3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ
ПОЛИМЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Реактивы и материалы: натуральное волокно (шерсть); полистирол;
поливинилхлорид; полиэтилен; полиметилметакрилат; ацетон.
Оборудование: пробирки.
Помещают в пять пробирок по кусочку натурального волокна,
полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена и полиметилметакрилата. В
каждую пробирку приливают по 1 – 2 мл воды и выдерживают 30 минут.
Эксперимент повторяют с ацетоном. По истечении указанного времени
проверяют состояние образцов. Сделайте вывод о растворимости каучука и
пластмасс в воде и ацетоне.
ОПЫТ 4 ОТНОШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
К НАГРЕВАНИЮ И ГОРЕНИЮ
Реактивы и материалы: полиэтилен; полистирол; поливинилхлорид;
полиметилметакрилат.
Оборудование: фарфоровая чашка; стеклянная палочка; проволока;
электроплитка; спиртовка.
В фарфоровую чашку помещают поочередно по кусочку образцов и
нагревают на электроплитке. Через несколько минут прикоснитесь к
образцам стеклянной палочкой. Отмечают скорость размягчения образцов и
характер этого размягчения в зависимости от степени нагревания. Кусочки
этих же пластмасс закрепляют в проволоке и вносят в пламя спиртовки.
Обратите внимание на характер горения.
ОПЫТ 5 ХАРАКТЕР ПРОДУКТОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ
РАЗЛОЖЕНИИ ПЛАСТМАСС
Реактивы и материалы: полиэтилен; полистирол; поливинилхлорид;
полиметилметакрилат.
Образцы пластмасс помещают в отдельные пробирки, закрывают их
пробкой с газоотводной трубкой и поочередно нагревают в пламени
спиртовки.
Выделяющиеся
при
разложении
газообразные
продукты
пропускают через раствор перманганата калия или бромную воду,
испытывают на универсальный индикатор. Сделайте вывод по результатам.
ОПЫТ 6 ОТНОШЕНИЕ ПЛАСТМАСС К ЩЕЛОЧАМ И КИСЛОТАМ
Реактивы и материалы: полистирол; полиэтилен; поливинилхлорид;
полиметилметакрилат; серная кислота концентрированная; гидроксид натрия
20 %-ный раствор.
Оборудование: пробирки.
В три пробирки помещают по кусочку образца и приливают 1 – 2 мл
концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирок осторожно
встряхивают.
Через
несколько
минут
сливают
кислоту,
промывают
пластмассу водой и определяют их растворимость в кислоте.
Опыт повторяют с теми же образцами, заменив кислоту на 20 %-ный
раствор гидроксида натрия. Сделайте вывод о действии щелочей на
исследуемые образцы.
Контрольные задания.
1
Напишите
уравнения
реакций
получения
стирола
и
его
полимеризации.
2 Приведите схему получения капрона из циклогексанона.
3 Приведите схему взаимодействия натурального каучука с серой.
4 В
чем
различие
между
реакциями
полимеризации
поликонденсации. Приведите примеры.
5 Какой путь получения синтетического каучука был разработан
С.В. Лебедевым. Приведите уравнения соответствующих реакций.
и
Библиографический список
1
Артеменко А.И. Органическая химия. – М.: ВШ, 2000.
2 Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. – М.: Химия,
1996.
3
Артеменко А.И., Тикунова И.В., Ануфриев Е.К. Практикум по
органической химии. – М.: ВШ, 2001.
4
Шур В.М. Высокомолекулярные соединения. – М.: Химия, 1996.