Файл: Органическая химия для з.о.2008. Селиверстова.pdf

4.Каков оптимальный начальный объем жидкости в перегонной

колбе?

5.Для чего необходимы кипятильные камешки?

6.На каком уровне должен находиться ртутный шарик термометра в перегонной колбе?

7.С какой скоростью должна проводиться перегонка? Когда ее следует заканчивать?

8.Какая фракция называется «предгон»?

9.С помощью какого прибора определяют показатель преломления жидкости?

10.Почему показатель преломления обозначают nD20? Как следует проводить его корректировку?

11.Какова погрешность прибора?

12.Как оценить степень чистоты вещества по данным температуры кипения и показателя преломления?

1.2. Определение основных физических констант твердых веществ

Для оценки степени чистоты и идентификации твердых веществ используют температуру плавления.

1.2.1. Определение температуры плавления. Температура плавления – это температура, при которой вещество из твердого переходит в жидкое состояние (расплав). Обычно чистое вещество имеет четкую температуру плавления – плавится в узком интервале температур 0,5–1оС. Присутствие в веществе даже незначительного количества примесей или влаги понижает температуру и увеличивает температурный интервал плавления. В случае, если атмосферное давление в момент определения Тпл меньше 760 мм рт. ст., то делают поправку, добавляя на каждые 10 мм рт. ст. 0,37°С. Для веществ с Тпл ≥ 200°С поправка на атмосферное давление составляет 0,5°С на каждые 10 мм рт. ст.

Температуру плавления обычно определяют в приборе, который изображен на рис 1.3. Прибор состоит из круглодонной колбы 1 с длинным горлом, заполненной силиконовым маслом (теплоносителем). В колбу на пришлифованной пробке вставлена специальная пробирка 2 с термометром 3, закрепленным с помощью резиновой

10

пробки, имеющей отверстие 5, для того, чтобы внутреннее пространство колбы сообщалось с атмосферой.

5

Рис. 1.3. Прибор для определения температуры плавления вещества: 1 – круглодонная колба с теплоносителем; 2 – пробирка; 3 – термометр;

4 – капилляр с веществом; 5 – отверстие

Методика определения температуры плавления следующая. Небольшое количество высушенного вещества тщательно растирают на предметном стекле стеклянной палочкой или гвоздиком. Затем запаивают с одного конца стеклянный капилляр диаметром ~1мм и длиной 40–50мм, осторожно нагревая его в пламени горелки. Заполняют капилляр измельченным веществом на высоту плотного слоя 3–4мм. Для этого открытый конец капилляра несколько раз опускают в порошок, и для уплотнения бросают капилляр запаянным концом вниз через стеклянную трубку длиной около 60 см, поставленную вертикально на лабораторный стол. Капилляр с веществом 4 прикрепляют к термометру 3 резиновым кольцом так, чтобы столбик вещества находился на уровне ртутного шарика. Вставляют термометр с капилляром в пробирку 2, и нагревают колбу на электрической плитке со скоростью 5–7оС в минуту (вблизи точки плавления не более 1оС в минуту). Началом плавления вещества считается момент размягчения с образованием кашеобразной массы, окончанием – образование прозрачной жидкости. Наблюдение за поведением вещества в капилляре желательно проводить с помощью увеличительной лупы.

При определении температуры плавления неизвестного вещества вначале проводят предварительное определение с быстрым нагревом. Затем, зафиксировав интервал температур, определение повто-

11

ряют. Погрешность определения температуры плавления этим методом составляет ±0,5°С.

Лабораторная работа № 2 Определение температуры плавления твердых

органических веществ

Порядок выполнения и образец оформления работы

1. Получить от преподавателя твердое органическое вещество с известной сокращенной структурной формулой.

Примерный перечень веществ:

2.Написать структурные формулы всех изомеров дизамещенного бензола, определить, к какому классу они относятся, привести их названия по номенклатуре ИЮПАК и с использованием префиксов

орто-, мета-, пара-.

3.По справочнику найти их температуру плавления (Тпл) и занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Физические константы структурных изомеров дизамещенного бензола

4. Ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе №2 (устно).

12

5.Определить температуру плавления вещества и занести результат в табл. 1.2.

6.Сравнить экспериментально определенную температуру плавления со справочными данными и сделать вывод о строении выданного вещества и его чистоте.

Контрольные вопросы

1.Какую физическую константу используют для идентификации и определения степени чистоты твердых органических веществ?

2.Что называют температурой плавления вещества?

3.Какова высота плотного слоя вещества в капилляре для определения температуры плавления?

4.Каким образом крепится капилляр к термометру?

5.Для чего необходимо отверстие в приборе?

6.С какой скоростью необходимо нагревать колбу прибора для определения температуры плавления?

7.По каким признакам судят о начале и окончании плавления вещества?

8.Как оценить степень чистоты вещества по температуре плавления? Какие факторы влияют на величину температуры плавления?

9.В каком случае и как проводят корректировку Тпл?

10.Какова погрешность определения Тпл изученным методом?

13

2. СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ КЛАССОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Каждый класс органических соединений обладает характерной для него реакционной способностью. Наличие кратной связи, той или иной функциональной группы или структурного фрагмента обуславливает определенные физические и химические свойства веществ. О строении вещества можно судить по совокупности физических и химических свойств.

По растворимости в воде, эфире, кислотах и щелочах можно сделать предварительное заключение о принадлежности вещества к тому или иному классу органических соединений. Кроме того, можно сделать некоторые выводы и о молекулярной массе вещества, так как обычно низшие члены гомологических рядов многих функциональных производных углеводородов растворимы в воде, а высшие нерастворимы. Если жидкое вещество нерастворимо в воде, то можно прийти к выводу о его относительной плотности (d < 1 или d > 1). В полярном растворителе – воде – растворяются полярные вещества (соли, спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, карбоновые кислоты). В неполярном растворителе – диэтиловом эфире – неполярные вещества (углеводороды). С увеличением молекулярной массы перечисленных функциональных производных растворимость в воде уменьшается, а в эфире увеличивается. По растворимости веществ в щелочах можно судить о наличии кислотных функциональных групп (фенольной гидроксильной группы, карбоксильной группы и др.), в кислотах – о наличии основных функциональных групп (аминогруппы, спиртовой гидроксильной группы и др.).

Для определения класса соединений, наличия тех или иных функциональных групп обычно проводят качественные реакции. Ка-

чественные реакции – это такие реакции, которые сопровождаются какими-либо внешними изменениями: выпадением осадка, выделением пузырьков газа, появлением или исчезновением окраски, появлением характерного запаха и т. п.

2.1. Свойства углеводородов и галогенопроизводных

Углеводороды и галогенопроизводные нерастворимы в воде. Углеводороды легче воды, большинство жидких галогенопроизводных – тяжелее.

14

Испытания на горючесть и свечение пламени позволяют сделать предварительные выводы о строении соединения. Если вещество самопроизвольно не горит, то его можно отнести к галогенопроизводным, если воспламеняется – к углеводородам. По цвету пламени можно прийти к предварительному заключению о ненасыщенности углеводородов: светящееся светло-желтое пламя – алканы; желтое, слегка коптящее – алкены; интенсивно желтое, сильно коптящее – арены, алкины. Причем чем больше выделяется копоти, тем больше процент содержания в веществе углерода.

Наличие галогена в органических соединениях обнаруживают пробой Бейльштейна – окрашивание пламени горелки в ярко-зеленый цвет при внесении вещества, нанесенного на прокаленную медную проволоку. Окраска обусловлена образованием СuOH в результате следующих превращений:

где X = Cl, Br, I.

В отличие от алканов и аренов непредельные углеводороды этиленового и ацетиленового ряда благодаря наличию π-связей вступают в реакции электрофильного присоединения (АЕ). Их обнаруживают по реакции с раствором брома (бромной водой) – в результате реакции происходит обесцвечивание желтой окраски брома.

Наличие кратных связей обуславливает и сравнительную легкость окисления непредельных углеводородов. При мягком окислении алкенов и алкинов слабощелочным раствором калий-перманганата (реакция Вагнера) исчезает розово-фиолетовая окраска реактива и образуется бурый хлопьевидный осадок марганец(IV)-оксида.

15