Малый лабораторный практикум по органической хими. Часть 1

МАЛЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙПРАКТИКУМПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИЧасть I

Оформление лабораторного журнала.Перед выполнением опытов малого практикума студент долженвнимательно прочитать описание эксперимента и оформитьлабораторный журнал по следующей схеме (используя развернутый листтетради).Название темы _____________________________________Дата _______________НазваниеопытаУравнениеосновной реакции(с указанием повозможностимеханизмареакции)УсловияопытаНаблюденияВыводы1 2 3 4 5Графы 1, 2, 3 заполняются заранее при подготовке к практическомузанятию, графы 4 и 5 – после проведения каждого опыта.В графе 3 (условия опыта) в сокращенной форме описываетсяпроцедура эксперимента – последовательное добавление реагентов суказанием их количества (числа капель) и концентрации и возможноевоздействие температуры (обычные условия, нагревание, охлаждение) идругих физических факторов, если они даны в описании опыта. Такаязапись условий опыта позволяет студенту выполнить экспериментнепосредственно по своему лабораторному журналу.В графе 4 (наблюдения) студент описывает внешние эффектыподтверждающие протекание реакции – появление или изменение цветараствора, появление осадка, с указанием его цвета, выделение газа,появление или исчезновение мутности системы, появлениеспецифического запаха и других внешних изменений в реакционнойсмеси.В графе 5 (выводы) проводится и кратко описывается общаяхарактеристика данной реакции (например, тип реакции, взаимосвязьреакционной способности с электронным строением молекулы илиданной функциональной группы, обратимость или необратимостьвзаимодействия, характерность реакции на данную функциональнуюгруппу, практическое значение реакции (для чего и в какой областиприменяется). Правильный и глубокий вывод по данной реакцииневозможен без предварительной теоретической подготовки1

соответствующего раздела органической химии и выполнениясамостоятельной работы по заданной теме.При оформлении лабораторного журнала запрещается в тексте ивыводах сокращать слова, писать формулы органических молекул безвыделения функциональных групп, нарушать в структурных формулаххимическое строение молекул, т.е. порядок связи атомов.2

1. УГЛЕВОДОРОДЫУглеводороды – соединения, состоящие лишь из атомов углерода иводорода, являются основой всех многообразных органических веществ,так как любая более сложная по составу молекула может бытьрассмотрена как производная углеводорода.Теоретическое и экспериментальное изучение органических веществвсегда начиналось с изучения углеводородов. Поэтому химияуглеводородов, их строение и свойства - это фундамент органическойхимии и начало ее изучения.Все многообразные углеводороды в зависимости от химическогостроения (строения углеродной цепи – углеродного скелета) иэлектронного строения молекулы (характера ковалентной связи междуатомами) можно классифицировать по следующей схеме:УГЛЕВОДОРОДЫАциклические(алифатические)ЦиклическиеПредельные(насыщенные)Непредельные(ненасыщенные)Алицикли -ческиеАромати -ческиеАлканыАлкеныАлкадиеныАлкиныЦиклоалканыЦиклоалкеныЦиклоалкиныАреныКак видно, к предельным (насыщенным) углеводородам относятпрежде всего алканы, молекулы которых содержат только простые илиординарные ковалентные связи между атомами, т.е. σ-связи.К непредельным (ненасыщенным) углеводородам относят алкены,алкины и алкадиены – углеводороды, молекулы которых содержат нетолько простые связи между атомами углерода, но и кратные связи –двойные или тройные, в образовании которых наряду с σ-связьюучаствуют π-связи (одна или две π-связи).Как известно из современной теории химической связи атомов иэлектронного строения молекул, в образовании σ-связи участвуют3

Молекулы алканов содержат σ-связи атомов С-С образованные sp 3 -гибридизованными орбиталями под валентным углом 109 0 28' от центратетраэдра и σ-связи С-Н.Так как ковалентная связь С-С является неполярной, а связь С-Нслабополярной, то обе σ-связи весьма прочны (энергия связи порядка 380кДж/моль), труднополяризуемы и обуславливают низкую реакционнуюспособность алканов.При обычных температурах алканы (особенно с нормальнойуглеродной цепью) химически инертны, на них не действуют типичныеокислители (перманганат калия, концентрированная серная кислота идр.). Однако наличие третичного атома углерода в молекуле алканаоблегчает процессы окисления предельных углеводородов.Воздействие температуры и УФ облучения повышает реакционнуюспособность алканов, так как вызывает гомолитический (радикальный)разрыв ковалентной связи в молекулах реагентов и протекание реакцийзамещения. Поэтому характерной реакцией для предельныхуглеводородов является реакция радикального замещения (S R ), идущаякак цепная реакция и состоящая из трех стадий процесса: зарождениецепи – рост цепи – обрыв цепи [1]. Большое значение для протеканияреакций S R и получения конкретных продуктов замещения имеетстроение исходной молекулы алкана (нормальная или разветвленнаяуглеродная цепь), что связано с различной стабильностью образующихсяпромежуточных углеводородных радикалов. Известно, что стабильностьрадикалов меняется в следующем ряду: третичные > вторичные >первичные.Возможные для алканов, при определенных условиях, реакцииокисления также протекают как радикальные цепные реакции.1.2. АлкеныАлкены (этиленовые углеводороды, олефины) – это непредельныеуглеводороды с общей формулой C n H 2n , и содержащие в молекуледвойную связь между атомами углерода.Первые члены ряда:СH 2 = CH 2 СH 2 = CH – CH 3этиленэтенпропиленпропенНазвание алкена, в соответствии с правилами ИЮПАК, происходитот названия соответствующего алкана (с тем же числом атомов углерода)5

путем замены суффикса –ан на –ен: этан этен, пропан пропен,бутан бутен и т.д.Названия первых трех членов гомологического ряда, историческисложившиеся (этилен, пропилен, бутилен) также широко применяют вхимии углеводородов.Двойная связь в молекуле алкена С = С образована sp 2 -гибридизованными орбиталями (в σ-связи) и негибридизованными р-орбиталями (в π-связи). Наличие π-связи, менее прочной, чем σ-связь иболее поляризуемой обуславливает высокую реакционную способностьалкена. Характерной реакцией для алкенов является реакцияэлектрофильного замещения (А Е ), которая идет через образование π- и σ-комплексов [1]. Присоединение галогеноводородов, воды, сернойкислоты и других молекул, содержащих атом водорода какэлектрофильной центр (Н + или Н δ+ ), происходит по правилуМарковникова. Однако с участием свободных радикалов или приналичии в молекуле алкена электроноакцепторной группыприсоединение атомов происходит не по правилу Марковникова.Окисление алкенов происходит более активно, чем в алканах, дляэтого не требуется дополнительного воздействия температуры и другихэнергетических факторов. Процесс окисления и его продукты зависят отрН среды, влияющих на величину редоксипотенциала окислителя.Реакции полимеризации, являющейся разновидностью реакцийприсоединения, также характерны для алкенов и имеют огромноепрактическое значение (получение полиэтилена, полипропилена имногих других высокомолекулярных веществ).1.3. АлкиныАлкины (ацетиленовые углеводороды) – непредельныеуглеводороды с общей формулой C n H 2n-2 , и содержащие в молекулетройную связь между атомами углерода.Первый член гомологического ряда алкинов НС ≡ СН – ацетилен(исторически сложившееся название). В соответствии с номенклатуройИЮПАК название алкина происходит от названия соответствующегоалкана (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на–ин: этан этин, пропан пропин, бутан бутин и т.д.СН 3 – С ≡ СНпропинметилацетиленСН 2 = СН – С ≡ СНбутен-1-ин-3винилацетилен6

Тройная связь С ≡ С является комбинацией одной σ-связи и двух π-связей, при этом σ-связь образованна sp-гибридизованными орбиталями.Каждый атом углерода имеет 2 гибридизованные орбитали,направленные под углом 180 0 друг к другу. Две π-связи образованнынегибридизованными р-орбиталями, расположенными под углом 90 0 поотношению друг к другу и к гибридизованым орбиталям.Характерной реакцией для алкинов , как и для алкенов, являетсяэлектрофильное присоединение. При этом может участвовать либо однаπ-связь (присоединение одной молекулы реагента), либо две π-связи(присоединение двух молекул реагента).Важная особенность химических свойств алкинов – проявление ихкислотных свойств и замена атомов водорода, находящихся у тройнойсвязи на металлы, т.е. образование ацетиленидов. Это объясняетсяувеличением доли s-орбитали в образовании σ-связи spгибридизованнымиорбиталями по сравнению с sp 2 - и sp 3 -гибридизованными орбиталями [1].1.4. АреныАрены или ароматические углеводороды относятся к циклическим(карбоциклическим) соединениям, молекулы которых в циклах имеютзамкнутую систему сопряжения.Родоначальник ароматических углеводородов – бензол С 6 Н 6 . Общаяформула гомологического ряда бензола C n H 2n-6 . Это моноядерные арены,содержащие один цикл бензола.Первый гомолог бензола – метилбензол, или толуол (С 7 Н 8 ). Второйгомолог – С 8 Н 10 – имеет четыре изомерные формы: этилбензол и триизомера диметилбензола (С 6 Н 4 (СН 3 ) 2 ) или ксилола (орто-, мета-, параксилола).CH 3бензолтолуол7

CH 3CH3CH 3 CH 316 2612612543543CH 3CH 35431,2-диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензоло-ксилол м-ксилол n-ксилолНаряду с моноядерными (моноциклическими) ароматическимиуглеводородами существуют многоядерные (полициклические) арены, вкоторых бензольные циклы могут быть конденсированными (например,нафталин) или изолированными (например, трифенилметан).HCнафталинтрифенилметанХимические свойства ароматических углеводородов определяютсяособым строением молекулы бензола.Наличие чередующихся двойных связей в цикле означает, чтокаждый атом углерода находится в состоянии sp 2 -гибридизации и связанс двумя соседними атомами углерода и атомом водорода σ-связями.Валентные углы между σ-связями (т.е. между гибридизованнымиорбиталями, находящимися в одной плоскости), как и для алкеновсоставляют 120 0 . Скелет σ-связей в цикле бензола является плоскимправильным шестиугольником. Негибридизованые р-орбитали атомовуглерода расположены перпендикулярно плоскости σ-скелета и образуютединое π-электроное облако, находящееся над и под плоскостью цикла.Таким образом, в молекуле бензола реализуется эффект сопряжения, т.е.взаимодействие соседних π-связей, разделенных одной σ-связью.Результатом сопряжения π-связей, как в замкнутой углеродом цепи, так иоткрытой цепи (например в бутадиене-1,3), всегда является образованиеединого π-электронного облака, что приводит к особенностямхимических свойств.8

Ароматические углеводороды независимо от моноциклического илиполициклического строения обладают особым ароматическимхарактером соединения, основными структурными признаками которогоявляются плоский цикл, непрерывная замкнутая цепь сопряжения ичисло обобщенных π-электронов равно 4n+2, где n – 0, 1, 2, 3 и т.д., всоответствии с правилом Хюккеля.Результатом эффекта сопряжения в молекуле бензола являетсяустойчивость к действию окислителей, трудность протекания реакцийприсоединения (требуются особые жесткие условия процесса),устойчивость к нагреванию.Характерной реакцией для аренов является реакцияэлектрофильного замещения (S E ), протекающая через стадии образованияπ- и σ-комплексов [1].При наличии в молекуле бензола (и других ароматическихсоединений) заместителей (функциональных групп), влияющих нараспределение электронной плотности в молекуле, электрофильноезамещение у ароматического атома углерода происходит поопределенным правилам, зависящим от природы заместителя.Существуют ориентанты или заместители I рода и заместители IIрода [1].ПРАКТИКУМОпыт 1. Отношение алканов к окислениюРеактивы и оборудование: гептан, 0,1н раствор перманганата калия(KMnO 4 ), концентрированный едкий натр (NaOH), концентрированнаясерная кислота (H 2 SO 4 ), 3 пробирки, водяная баня, электрическая плитка.Выполнение опыта: в три пробирки поместите по 1 каплеиспытуемого углеводорода и добавьте по 4 капли воды. В первуюпробирку внесите 1 каплю щелочи, во вторую – 1 каплю кислоты, а затемво все три пробирки по капле перманганата калия. Пробирки встряхнитеи отметьте окраску эмульсии в каждой пробирке. Затем содержимоекаждой пробирки нагрейте и отметьте окраску реагентов. Напишитесхемы возможных реакций окисления.В зависимости от условий реакции алканы могут окисляться собразованием различных соединений.При обычной температуре алканы не окисляются даже сильнымиокислителями (H 2 Cr 2 O 7 , KMnO 4 и т.п.).9

Опыт 2. Окисление алкеновРеактивы и оборудование: октен-1, 0,1н раствор перманганатакалия (KMnO 4 ), 2н раствор соды (Na 2 CO 3 ), 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 5 капель октена-1 идобавьте равный объем раствора соды, а затем по каплям, привстряхивании, раствор перманганата калия.Алкены легко окисляются многими окислителями.Окисление алкенов водным раствором перманганата калия (реакцияВагнера) приводит к образованию гликолей – двухатомных спиртов ссоседним расположением гидроксильных групп.В ходе реакции Вагнера происходит обесцвечивание фиолетовойокраски раствора KMnO 4 и выпадения бурого осадка MnO 2 . Поэтому онаслужит также качественной реакцией на кратную связь (проба Байера).Ход реакции:C = C + 2KMnO 4 + 4H 2 O C C + 2MnO 2 + 2KOHOH OHгликольKMnO 4CH 2 = CH (CH 2 ) 5 CH 3 CH 2 CH (CH 2 ) 5 CH 3OH OHоктандиол-1,2Опыт 3. Взаимодействие углеводородов с серной кислотойРеактивы и оборудование: гептан, октен-1, серная кислотаконцентрированная (H 2 SO 4 ), 2 пробирки.Выполнение опыта: в две пробирке внесите по 5 капель гептана иоктена-1, добавьте 3 капли серной кислоты и осторожно взболтайтенесколько минут, охлаждая пробирки водой. Отметьте различия вовзаимодействии алканов и алкенов с серной кислоте.Алкены растворяются в холодной концентрированной сернойкислоте с образованием алкилгидросульфатов (сложных эфиров сернойкислоты). При нагревании с водой алкилгидросульфаты гидролизуются свыделением спирта.Ход реакции:10

CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 + H 2 SO 4CH 2 = CH (CH 2 ) 5 CH 3 + H 2 SO 4 CH 3 CH (CH 2 ) 5 CH 3OSO 3 Hгидросульфат октанаОпыт 4. Взаимодействие углеводородов с азотной кислотойРеактивы и оборудование: гептан, октен-1, азотная кислотаконцентрированная (HNO 3 ), 4 пробирки.Выполнение опыта: в две пробирки внесите по 5 капель гептана иоктена-1, добавьте 3 капли азотной кислоты и осторожно взболтайтенесколько минут, охлаждая пробирки водой. Отметьте различия вовзаимодействии алканов и алкенов с азотной кислоте.Ход реакции:С предельными углеводородами азотная кислота (разбавленная)реагирует только при высокой температуре и давлении (реакцияКоновалова). В этих условиях получаются нитросоединенияуглеводородов.CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 + HNO 320oCR H + HNO 3алкан140 - 150 o C, pR NO 2 + H 2 OнитроалканПри реакции азотной кислоты (концентрированной) снепредельными соединениями наблюдается побурение смеси, выделениетепла и образование сложной смеси продуктов, частью смолообразных.CH 2 = CH (CH 2 ) 5 CH 3 + HNO 3CH 3 CH (CH 2 ) 5 CH 3 + H 2 ONO 22-нитрооктанОпыт 5. Растворимость аренов в различных растворителяхРеактивы и оборудование: толуол, этиловый спирт (С 2 Н 5 ОН), вода,диэтиловый эфир (С 2 Н 5 ОС 2 Н 5 ), 3 пробирки.11

Выполнение опыта: В три пробирки внесите по три капле толуола.В одну пробирку добавьте 10 капель этилового спирта, во вторую – 10капель воды, в третью – 10 капель диэтилового эфира. Содержимое впробирках встрехните.Опыт 6. Окисление ареновРеактивы и оборудование: толуол, вода, 0,1н раствор перманганатакалия (KMnO 4 ), 2н раствор серной кислоты, 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 6 капель воды, 2 каплираствора перманганата калия и 2 капли раствора серной кислоты. Затемдобавьте 2 капли толуола. Содержимое встряхивайте 1-2 мин.Толуол окисляется сравнительно легко. Окисление ведет кобразованию ароматических кислот, причем каждая боковая цепьбензольного ядра независимо от ее длины превращается в карбоксильнуюгруппу. Реакция сопровождается обесцвечиванием раствора KMnO 4 .Ход реакции:CH 3+ 2KM nO 4 + H 2 SO 4COOH+ 2M nO 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 Oтолуолбензойная кислота2. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВГалогенопроизводные – продукты замещения атомов водорода вуглеводородах на атомы галогена (F, Cl, Br, I).Галогенопроизводные в зависимости от типа атома галогена делятсяна фторо-, хлоро-, бромо-, йодопроизводные и смешанные производные.В зависимости от числа атомов они подразделяются на моно-, ди-,тригалогенопроизводные и т.д.метилхлорид метиленхлорид хлороформ тетрахлоридуглеродаУчитывая строение углеводородного радикала, связанного с атомомгалогена, существуют следующие галогенопроизводные: галогеналканы(например, CH 3 Cl – хлорметан), галогеноциклоалканы (например,C 6 H 11 Br - бромциклогексан), галогеналкены (например, CH 2 = CH – Cl –винилхлорид, CH 2 = CH – CH 2 – Cl - аллилхлорид), галогеналкины и12CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4

галогенарены, содержащие галоген как в ароматическом ядре (например,C 6 H 5 Br – бромбензол), так и в боковой цепи (например, C 6 H 5 – CH 2 Cl –хлористый бензил).В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным,вторичным или третичным) связан атом галогена галогенопроизводныемогут быть первичными, вторичными или третичными.По номенклатуре ИЮПАК названия галогенопроизводных образуютприбавлением префикса галогено- (бромо-, хлоро- и т.д.) к названиюродоначального углеводорода (главной углеродной цепи).BrCH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 C CH 3 CH 2 =CH CH CH 3ClCH 3F2-хлорбутан 2-бром-2-метилпропан 3-фторбутен-1В замещенных галогенаренах положение галогена указываютнаименьшими цифрами или о- (орто-), м- (мета-) или n- (пара-).BrCH 3BrCH 3бромбензол о-бромтолуол м-фтортолуол2-бромтолуол3-фтортолуолХимические свойства галогенопроизводных определяютсяхарактером связи атома углерода с галогеном, которая из-за большойэлектроотрицательности атома галогена является достаточно полярнойковалентной связью (проявление индуктивного эффекта как смещенияэлектронной плотности по σ-связи) и обуславливая δ+, т.е. частичныйположительный заряд на атоме углерода.Полярность связи атом углерода - галоген наибольшая для C – F инаименьшая для C – I, в соответствии с уменьшениемэлектроотрицательности в ряду F > Cl > Br > I.Для органических молекул важна другая характеристикаковалентной связи – поляризуемость, т.е. способность увеличиватьполярность связи при подходе атакующего реагента. Поляризуемость σ-связи углерод - галоген значительно возрастает с увеличением атомнойF13

массы галогена, обуславливая большую подвижность электроннойоболочки атомов, образующих связь. Поэтому поляризуемость связиC – I значительно выше, чем C – F.Характерная реакция для галогенопроизводных – нуклеофильноезамещение (S N ), т.е. замещение атома галогена на другие атомы илигруппы атомов, являющихся нуклеофилами (анионы или молекулы,имеющие неподеленные электронные пары и способные образовыватьновую σ-связь с другим атомом.В реакциях S N йодопроизводные максимально активны, афторопроизводные практически нереакционно способны.Реакции нуклеофильного замещения проходят по механизму S N 2 –бимолекулярное одностадийное замещение, характерное для первичныхгалогенопроизводных, и по механизму S N 1 – мономолекулярноедвухстадийное замещение, характерное для третичныхгалогенпроизводных и соединений аллильного типа [1].14ПРАКТИКУМОпыт 7. Цветная реакция на галогенопроизводныеРеактивы и оборудование: хлороформ, вода, 2н раствор едкогонатра (NaOH), раствор резорцина, 1 пробирка, водяная баня,электроплитка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 2 капли растворарезорцина, 4 капли раствора едкого натра, 2 капли хлороформа инагрейте. Как изменяется окраска.Опыт 8. Взаимодействие галогенопроизводных углеводородов сощелочьюРеактивы и оборудование: хлороформ, вода, 2н раствор едкогонатра (NaOH), азотная кислота концентрированная (HNO 3 ), 0,2н растворнитрата серебра (AgNO 3 ), аммиак (NH 4 OH), 0,1н раствор перманганатакалия (KMnO 4 ), универсальная индикаторная бумага, 3 пробирки,водяная баня, электроплитка.Выполнение опыта: поместите в пробирку 6 капель хлороформа,40 капель раствора щелочи и осторожно нагрейте до кипения, частовстряхивая. Полученный однородный раствор (гидролизат) охладите иразделите на 3 пробирки. В первую пробирку добавьте несколько капельазотной кислоты (до кислой реакции по универсальной индикаторнойбумаге) и 2 капли раствора нитрата серебра. В отдельной пробирке к 5каплям раствора нитрата серебра прибавьте по каплям аммиак дорастворения первоначально образующегося осадка, в полученный

раствор добавьте вторую порцию гидролизата. В третью пробиркудобавьте 1 каплю раствора перманганата калия.Ход реакции:Гидролиз в щелочной среде протекает очень быстро и при этомобразуется соль муравьиной кислоты.Таким образом, связанный ранее с углеродом галоген переходит ввиде ионов в водный раствор (пробирка 1).Образование карбоксильной группы при гидролизе характерно длягалогенпроизводных, имеющих три атома галогена при одном и том жеатоме углерода.Cl3H 2 OO H O ONaOHHC Cl HC OH HC HCCl OH OH ONaCHCl 3 + 4NaOH3NaCl + HCOONa + 2H 2 OМуравьиная кислота, являясь одновременно и альдегидом, легкоокисляется до угольной кислоты, восстанавливая окись серебра ваммиачном растворе до металлического серебра (пробирка 2).2AgNO 3 + 2NaOHAg 2 O + 2NaNO 3 + H 2 OAg 2 O + 4NH 3 + H 2 O 2[Ag(NH 3 ) 2 ]OH .H C ONa + 2[Ag +1 (NH 3 ) 2 ]OH HO C OH + 2Ag 0 + 4NH 3 + NaOHOПерманганат калия в щелочном растворе, окисляя муравьинуюкислоту, переходит в ярко-зеленую соль марганцовистой кислоты(пробирка 3).O2KMnO 4 + 3NaOH + HCOONa K 2 MnO 4 + Na 2 MnO 4 + 2H 2 O + Na 2 CO 33. ГИДРОКСИСОЕДИНЕНИЯГидроксисоединения – органические вещества, содержащие вмолекулах одну или несколько гидроксильных групп –ОН, связанных суглеводородным радикалом.15

В зависимости от характера углеводородного радикалагидроксисоединения подразделяются на две большие группы: спирты ифенолы.3.1. СпиртыСпирты – производные углеводородов, в молекулах которыхгидроксильная группа образует σ-связь с sp 3 -гибридизованной орбитальюатома углерода.Существуют (в зависимости от характера углеводородногорадикала) алифатические спирты (предельные и непредельные:например, метиловый, этиловый спирты) и ароматические спирты(например, бензиловый).CH 3 OHметиловый спиртметанолCH 2 CH CH 2 OHCH 3 CH 2 OHэтиловый спиртэтанолCH 2 OHаллиловый спиртпропен-2-олбензиловый спиртфенилметиловый спиртСпирты могут быть первичными, вторичными, третичными, взависимости от того, с каким атомом углерода связана гидроксильнаягруппа.CH 3CH 3 CH 2 CH 2 OH CH 3 CH CH 3 CH 3 CH CH 3OHOHн-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, третичныйпервичный пропиловый вторичный пропиловый бутиловый спиртспирт, пропанол-1 спирт, пропанол-2 2-метилпропанол-2По числу гидроксильных групп спирты делятся на одноатомные(одна группа –ОН) и многоатомные (две и более групп –ОН).16

CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2OH OH OH OH OHэтиленгликольглицеринэтандиол-1,2пропантриол-1,2,3Название спиртов по заместительной номенклатуре ИЮПАКсостоят из названия соответствующего углеводорода, суффикса –ол ицифры, указывающей положение гидроксигруппы.В названиях многоатомных спиртов (полиолов) положение и числогидроксильных групп указывают соответствующими цифрами исуффиксами –диол (две ОН-группы), -триол (три ОН-группы) и т.д.Химические свойства спиртов определяются электроннымстроением молекулы и характером ковалентной связи...R O .. HВсе многочисленные реакции спиртов можно разделить на тригруппы:- реакции, идущие с участием атома водорода гидроксильнойгруппы (отщепление протона – кислотные свойства);- реакции, происходящие с замещением или отщеплениемгидроксильной группы;- реакции, затрагивающие углеводородный радикал, в том числереакции окисления.Спирты обладают слабокислотными свойствами, в меньшейстепени, чем у воды (для воды рКа = 15,7, для этилового спирта – рКа =16,0) и поэтому окраска индикаторов не подтверждает кислую среду вспирте.Спирты не взаимодействуют с водными растворами щелочей, нореагируют с щелочными металлами образуя алкоголяты, легкоразлагающиеся водой. С карбоновыми кислотами спирты образуютсложные эфиры (реакция этерификации, механизм см. в [1]).Спирты можно рассматривать как очень слабые основания, так какони могут протонизироваться за счет неподеленной электронной парыатома кислорода с образованием непрочного оксониевого катиона.Реакции замещения гидроксильной группы на галоген(нуклеофильное замещение S N ) и отщепления группы – ОН в реакцияхдегидратации (внутримолекулярной или межмолекулярной), как иреакции дегидрирования и окисления, протекают и приводят к17

получению продуктов в зависимости от характера спирта (первичного,вторичного или третичного).3.2. ФенолыФенолы – органические соединения, в молекулах которыхгидроксильная группа непосредственно связана с атомом углеродаароматического ядра, т.е. образует σ-связь с sp 2 -гибридизованнойорбиталью углеродного атома.Фенолы, как и спирты, по числу гидроксильных групп делятся наодноатомные и многоатомные.OHCH 3OHOHOHфенол, о-крезол, пирокатехин,оксибензол, о-окситолуол о-диоксибензолкарболовая кислотаOHOHOHOHOHOHOHрезорцин, гидрохинон, пирогаллол,м-диоксибензол n-диоксибензол 1,2,3- или рядовойтриоксибензолOHOHα-нафтолβ-нафтолХимические свойства фенолов объясняются их электроннымстроением, проявлением мезомерного эффекта (+М – эффекта) длягидроксильной группы.Неподеленная электронная пара атома кислорода находится всопряжении с π–электронами бензольного ядра, притягивается к ядру. В18

результате уменьшения электронной плотности атома кислородапрочность связи О – Н уменьшается и облегчается отрыв протона, т.е.усиливается кислотность (как способность отщепления протона).Для фенола величина рКа = 9,7, что значительно меньше рКаалифатических спиртов (для С 2 Н 5 ОН рКа = 16,0). Повышеннаякислотность фенолов по сравнению со спиртами проявляется вовзаимодействии с щелочами с образованием фенолятов. Реакцияпрактически необратимая, т.к. образуется вода, как более слабыйэлектролит чем фенол (для воды рКа = 15,7).C 6 H 5 OH + NaOHОднако фенолы – очень слабые кислоты, окраска индикаторов неподтверждает кислую среду, а феноляты в водных растворах сильногидролизованы и кислоты, более сильные, чем фенол, вытесняют изфенолятов свободные фенолы.Для фенолов, как производных ароматических углеводородовхарактерны реакции электрофильного замещения. Гидроксильная группапроявляя положительный мезомерный эффект (+М), преобладающий надотрицательным индуктивным эффектом (-J) увеличивает электроннуюплотность в ядре и тем самым облегчает реакции электрофильногозамещения. Гидроксильная группа в фенолах является сильным орто-параориентантом (заместителем I рода).ПРАКТИКУМC 6 H 5 ONa + H 2 OОпыт 9. Окисление этилового спирта хромовой смесьюРеактивы и оборудование: этиловый спирт (С 2 Н 5 ОН), 2н растворсерной кислоты (H 2 SO 4 ), 0,5н раствор бихромата калия (K 2 Cr 2 O 7 ), 1пробирка, водяная баня, электроплитка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 5 капель этилового спирта.Добавьте 2 капли раствора серной кислоты и 1 каплю раствора бихроматакалия.Полученный раствор нагрейте до начала изменения цвета.Ход реакции:CH 3 CH 2 OHэтанолокислительCH 3 CэтанальOH19

O3CH 3 CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 3CH 3 - C + Cr 2 (SO 4 ) 3 + 7H 2 O + K 2 SOH4Происходит образование сульфата хрома (III) сине-зеленого цвета.Реакция может быть использована для открытия этилового спирта(по запаху альдегида).Опыт 10. Реакция глицерина с гидроксидом меди (II) вщелочной средеРеактивы и оборудование: 0,2н раствор медного купороса (CuSO 4 ),2н раствор едкого натра (NaOH), 2н раствор глицерина (С 3 Н 5 (ОН) 3 ), 2пробирки, водяная баня, электроплитка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 2 капли раствора медногокупороса, 5 капель раствора гидроксида натрия и взболтайте. Появляетсястуденистый голубой осадок гидроксида меди (II). Нагрейте раствор.Ход реакции:CuSO 4 + 2NaOH Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4При нагревании в щелочной среде до кипения полученныйгидроксид меди (II) разлагается. Это видно по выделению черного осадкамеди (II).CuOHOHCuO + H 2 OПовторите опыт, но перед нагреванием гидроксида меди (II)добавьте в пробирку 1 каплю глицерина.Что происходит с осадком при взбалтывании? Меняется ли цветраствора после нагрева?20

HHH C OH OH + H O C HCuH C O H + HO HO C HH C OH HO C HHH2H 2 O +HHHH C O .. O C HCu ..H C O O C HHH C OH HO C HHHглицерат медиМожно предполагать, что реакция идет еще сложнее, так какотмытый от щелочи осадок Сu(ОН) 2 в глицерине не растворяется.Растворение наблюдается только в щелочной среде.Опыт 11. Доказательство кислотного характера фенолаРеактивы и оборудование: «жидкий» фенол (С 6 Н 5 ОН), фенольнаявода, 2н раствор едкого натра (NaOH), 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 10 капель фенольной водыдобавьте 1 каплю «жидкого» фенола и взболтайте. К полученной мутнойэмульсии фенола в воде добавьте 1 каплю раствора едкого натра.Моментально образуется прозрачный раствор фенолята натрия, так какон хорошо растворяется в воде.Ход реакции:OHONa+ NaOH + H 2 Oфенолят натрия21

Опыт 12. Разложение фенолята натрия кислотойРеактивы и оборудование: фенолят натрия, 2 н раствор солянойкислоты (HCl).Выполнение опыта: к раствору фенолята натрия (опыт 11) добавьте2 капли раствора соляной кислоты. Жидкость мутнеет вследствиевыделения свободного фенола.Ход реакции:ONaOH+ HCl + NaCl .Опыт 13. Качественная реакция обнаружения фенолов. Цветнаяреакция с хлоридом железа (III)С помощью этой реакции легко можно отличить различные фенолыпо характерной окраске, которую они дают с хлоридом железа (III).Реактивы и оборудование: «жидкий фенол», 0,1н раствор хлоридажелеза (FeCl 3 ), 0,1н раствор пирокатехина, раствор β-нафтола, 3пробирки.Выполнение опыта: в пробирки поместите 5 капель «жидкого»фенола, раствора пирокатехина, раствор β-нафтола и добавьте 1 каплюраствора хлорида железа (III). В пробирке с «жидким» феноломобразуется фиолетовое окрашивание раствора, с раствором пирокатехина– зеленое, а с β-нафтолом - желтое.Ход реакции:3C 6 H 5 OH + FeCl 3 (C 6 H 5 O) 3 Fe + 3HCl .фенолят железаОпыт 14. Нитрозо-реакция фенолов.Реактивы и оборудование: «жидкий фенол», 0,1% водный растворнитрита натрия (HNO 2 ), концентрированная серная кислота (H 2 SO 4 ), 2нраствор едкого натра (NaOH), 2н раствор серной кислоты (H 2 SO 4 ),дистиллированная вода, 3 пробирки.Выполнение опыта: в пробирку поместите 20 капель сернойкислоты и добавьте 1 каплю жидкого фенола. Полученный бесцветныйраствор охладите, и добавьте к нему каплю раствора нитрита натрия. Привстряхивании смесь окрашивается в густо-зеленый цвет; при избыткенитрита появляется фиолетово-синяя или пурпурная окраска.22

Интенсивно окрашенный раствор осторожно вылейте в пробирку с5-10 мл воды, при этом образуется розово-красный раствор. Отлейте впустую пробирку 1-2 мл раствора, и прибавьте по каплям избытокразбавленной щелочи (розовая окраска раствора переходит в зеленую илисиневатую), а затем подкислите раствор разбавленной кислотой (растворснова приобретает розовую окраску).Ход реакции:В условиях опыта фенол сначала реагирует с образующейся изнитрита азотистой кислотой, давая n-нитрозофенол.HO + HNO 2 HO N=O + H 2O4. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫАльдегиды и кетоны – органические соединения, содержащие вмолекулах карбонильную группу (оксо-группу)относятся к классу карбонильных или оксосоединений.Общая формула альдегидов: R – CHO или R C O .HОбщая формула кетонов: R – CO –R’ или R C R' .OАльдегиды называют по тем кислотам, в которые они превращаютсяпри окислении. По международной номенклатуре альдегидам даетсясуффикс –аль (первый слог названия этого класса соединений), кетонам –суффикс –он (последние буквы названия класса).COи поэтомуH COHCH 3 COHC O Hформальдегид; ацетальдегид, бензальдегидмуравьиный альдегид; уксусный альдегид, бензойный альдегидметанальэтаналь23

OCHHOOCH3OH 3 C C = CH CH 2 CH 2 C = CH CHCH 3 CH 3ванилин4-гидрокси-3-метоксибензальдегидцитраль3,7-диметилоктадиен-2,6-аль1 2 3 4CH 3 C CH 3 CH 3 C CH CH 3OO CH 3ацетон,диметилкетон,пропанонметилизопропилкетон,3-метилбутанон-2Химические свойства альдегидов и кетонов определяются преждевсего электронным строением карбонильной группы, в которойпроисходит значительное смещение электронов двойной связи (особенноπ-связи как менее прочной и легко поляризуемой по сравнению с σ-связью) в сторону атома кислорода. В результате возникают большиевеличины частичных зарядов (δ+ и δ-, соответственно), высокая степеньполяризации связи С = О и большая величина дипольного момента этойсвязи.R C OHПоэтому состояние карбонильной группы можно описать двумярезонансными формами:При действии полярных агентов связь между атомами углерода икислорода в карбонильной группе легко переходит в простую связь собразованием биполярного иона.Как следствие такого состояния функциональной группы, дляальдегидов и кетонов характерны и наиболее легко протекают реакциинуклеофильного присоединения (A N ). C = O C + O -24

Вообще для карбонильных соединений, обладающих высокойреакционной способностью, возможно протекание четырех типовреакций:- реакции нуклеофильного присоединения;- реакции замещения карбонильного кислорода (т.е. нуклеофильноеприсоединение с последующим элиминированием (отщеплением) воды;- реакции окисления;- реакции с участием водорода в α-положении.Характерные реакции нуклеофильного присоединения происходятпри взаимодействии альдегидов и кетонов с многими полярнымиагентами, в том числе с гидросульфитом натрия (NaHSO 3 ), со спиртами идр.В реакции с NaHSO 3 образуются гидросульфитные (бисульфитные)производные – кристаллические вещества, дальнейшая обработкакоторых позволяет выделить альдегиды и кетоны из смеси с другимивеществами.При взаимодействии альдегидов и кетонов со спиртами образуютсяполуацетали и далее ацетали или полукетали и кетали.Реакции замещения карбонильного кислорода происходят привзаимодействии с гидроксиламином (NH 2 OH) – образуются оксимы, привзаимодействии с гидразином, фенилгидразином и др.Реакции окисления легко протекают для альдегидов с образованиемкарбоновых кислот даже при действии слабых окислителей (аммиачныйраствор гидроксида серебра, гидроксид меди (II), кислород воздуха).Кетоны не окисляются данными реагентами. Только при действиисильных окислителей (перманганат калия или дихромат калия в кислойсреде) кетоны участвуют в реакциях окисления. При этом происходитразрыв углеродной цепи вблизи карбонильной группы, и образованиекислоты или кислоты и кетона с меньшим числом углеродных атомов,чем в исходной молекуле кетона, т.е. происходит деструктивноеокисление.В целом реакционная способность кетонов ниже, чем альдегидов,так как карбонильная группа в молекуле кетона связана с двумяуглеводородными радикалами, которые, обладая положительныминдуктивным эффектом (+I), снижают частичный положительный заряд(δ+) на карбонильном углероде и уменьшают величину дипольногомомента группы СО. Кроме того, наличие двух радикалов в молекулекетона снижает доступность карбонильной группы для реагента, т.е. сучетом стерического (пространственного) фактора также объяснимапониженная реакционная способность кетонов по сравнению сальдегидами.25

ПРАКТИКУМОпыт 15. Окислительно-восстановительная реакция формальдегидаРеактивы и оборудование: раствор формальдегида, индикаторметиловый оранжевый, 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку поместите 4 капли формальдегидаи добавьте 1 калю индикатора (диапазон изменения окраски рН 4,8 – 6,0).Наблюдается появление красного окрашивания.Ход реакции:OO2 H - C H - C + CH 3 OHHOHформальдегид муравьиная кислотаОпыт 16. Окисление альдегидов аммиачным раствором оксидасеребра (реакция «серебряного зеркала»)Реактивы и оборудование: 0,2н раствор нитрата серебра (AgNO 3 ),аммиак (NH 4 OH), 1%-ный раствор формалина, 1 пробирка, водяная баня,электроплитка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 2 капли раствора нитратасеребра, 1 каплю раствора гидроксида натрия. К полученному буромуосадку добавьте 2-3 капли аммиака, до растворения осадка.К прозрачному раствору добавьте 2 капли раствора формалина.Пробирку слегка подогреть. На поверхность пробирки серебровыделяется в виде блестящего зеркального налета. Вот почему реакциювосстановления аммиачного раствора оксида серебра называют частореакцией «серебряного зеркала», хотя положительной реакциейсчитается и просто почернение или даже побурение бесцветногораствора.Ход реакции:2AgNO 3 + 2NaOHAg 2 O + 2NaNO 3 + H 2 OAg 2 O + 4NH 3 + H 2 O 2[Ag(NH 3 ) 2 ]OH .H C H + 2[Ag +1 (NH 3 ) 2 ]OH26OH C OH + 2Ag 0 + 4NH 3 + H 2 OONH 3HC ONH 4O

При избытке серебряного реактива муравьиная кислота окисляетсядо угольной кислоты:H C OH + Ag +1 2OOмуравьиная кислота2Ag +0 + HO C OHOугольная кислотаОпыт 17. Окисление альдегидов гидроксидом меди (II) в щелочномраствореРеактивы и оборудование: 2н раствор едкого натра (NaOH), 0,2нраствор медного купороса (CuSO 4 ), 1%-ный раствор формалина, 1пробирка, водяная баня, электроплитка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 6 капель растворагидроксида натрия и добавьте 2 капли раствора медного купороса. Квыпавшему осадку гидроксида меди прибавьте 2-3 капли раствораформалина и взболтайте раствор. Нагрейте. Выделяется осадок, вначалежелтый, затем он краснеет.Ход реакции:Oto OHC + 2Cu(OH) 2 HC + 2CuOH + H 2 OHOHЖелтый осадок гидроксида меди (I) при нагревании легко теряетводу и превращается в оксид меди (II) красного цвета:HCOto O+ CuH 2 O HCOH+ 2CuжелтыйкрасныйЭто очень важная качественная реакция на альдегидную группу, еевосстанавливающую способность. Она широко известна в биохимии имедицине как проба Троммера; в химии сахаров используется и дляколичественного определения.В некоторых случаях, в частности у формальдегида, являющегосянаиболее активным из альдегидов, реакция может идти и дальше: дообразования металлической меди («медного зеркала»):OOHC + CuH 2 O HC + 2CuOH27

Опыт 18. Йодоформная проба на ацетонРеакция называется пробой Либена и применяется для открытияацетона.Реактивы и оборудование: ацетон, раствор йодида в иодиде калия(I 2 +KI), 2н раствор гидроксида натрия (NaOH), 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку поместите 3 капли раствора йода виодиде калия и прибавьте 1 каплю раствора гидроксида натрия. Краствору добавьте 3 капли ацетона. Мгновенно выпадает желтоватобелыйосадок йодоформа с характерным запахом.Ход реакции:I 2 + NaOHHOI + NaI+ I- OH H I+ I- OH + H C C CH3 3H 2 O + I C C CH 3+ I- OH H O I OII C C CH 3 + NaOH CHI 3 + NaO C CH 3I O Oиодоформ ацетат натрияОпыт 19. Получение оксима ацетонаРеактивы и оборудование: ацетон, гидроксиламин солянокислый(NH 2 OH•HCl), карбонат натрия безводный (Na 2 CO 3 ), 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 20 капель воды и добавьтепо 1 лопаточке солянокислого гидроксиламина и карбоната натрия.После выделения основной массы диоксида углерода раствор хорошоохладите и при встряхивании добавьте к нему 15 капель ацетона. Смесьразогревается, и выпадают белые кристаллы. Охладите по холоднойводой до выпадения осадка оксима ацетона.Ход реакции:2NH 2 OH HCl + Na 2 CO 3гидроксиламинсолянокислый2NH 2 OH + 2NaCl + CO 2 + H 2 Oгидроксиламин28

H 3 CH 3 CC = O + H 2 N OHC = N OH + H 2 OH 3 CH 3 Cацетон гидроксиламин оксим ацетонаОпыт 20. Реакция ацетона с гидро сульфитом (бисульфитом) натрияРеактивы и оборудование: ацетон, насыщенный растворбисульфита натрия (NaHSO 3 ), 1 пробирка.Выполнение опыта: в пробирку поместите 5 капель растворабисульфита натрия, добавьте 5 капель ацетона и встряхните пробирку.Немедленно начинает выпадать ясно выраженный кристаллическийосадок бисульфитного соединения ацетона. Под микроскопом виднынеправильной формы разнообразные четырехугольные таблички.Ход реакции:H 3 C .. H 3 C OHC = O + NaHSO 3CH 3 C H 3 C SO 3 Naгидросульфитноесоединение ацетонаПриведенная реакция представляет один из многочисленныхпримеров присоединения по карбонильной группе.5. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕКарбоновые кислоты – органические соединения, содержащие вмолекуле карбоксильную группу –СООН, связанную с углеводороднымрадикалом.В зависимости от числа карбоксильных групп карбоновые кислотыделятся на одноосновные (монокарбоновые) и многоосновные(дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.).OH COHмуравьиная кислота,метановая кислотаOCH 3 COHуксусная кислота,метанкарбоноваяэтановая кислота29

COOHOCOHщавелевая кислота,этандиовая кислотаВ зависимости от характера и строения углеводородного радикаларазличают алифатические кислоты (пропановая, акриловая кислоты) иароматические (бензойная кислота).OOOCCH 3 CH 2 CCH 2 = CH COHOHOHпропионовая кислота акриловая кислота бензойная кислотапропановая кислота пропен-2-овая кислотаэтанкарбоновая кислотаК важнейшим производным карбоновых кислот относятся соли(ацетат натрия, формиат калия), сложные эфиры (метилацетат иизопропилацетат) а также галогенангидриды, ангидриды и амидыкарбоновых кислот.CH 3 C O H C OONaOKацетат натрия,этаноат натрияформиат калия,метаноат калияCH 3 COOCH 3HC O CH CH 3O CH 3метилацетат,метилэтаноат,метиловый эфируксусной кислотыизопропилформиат,изопропилметаноат,изопропиловый эфирмуравьиной кислоты30

Галогенангидридами карбоновых кислот называют продуктзамещения гидроксильной группы кислоты на атом галогена(бромангидрид уксусной кислоты).Ангидриды карбоновых кислот могут рассматриваться как продуктдегидратации двух молекул кислоты (ангидрид уксусной кислоты).Амиды кислот – продукт замещения гидроксильной группы кислотына аминогруппу (или замещенную аминогруппу).OOCH 3 COCH 3 COCH 3 CH 2 CBr NH CHCH 3 C3Oбромангидрид ангидрид метиламидуксусной кислоты уксусной кислоты пропионовой кислотыацетилбромидацетангидридСистематические названия карбоновых кислот составляют изназвания главной углеродной цепи молекулы, суффикса –овая и словакислота.Для многоосновных кислот используются суффиксы –диовая, -триовая и т.д.Названия солей и эфиров кислот производят обычно от латинскихназваний кислот, а по международной номенклатуре – от названийуглеводородов, добавляя окончание –оат:Химические свойства карбоновых кислот определяются преждевсего электронным строением карбоксильной группы, специфическимраспределением в ней электронной плотности в сторону карбонильногокислорода, в результате чего значительно ослабляется связь О – Н вгидроксиле и облегчается отрыв протона, т.е. проявляется повышеннаякислотность по сравнению со спиртами.R CH 2 C O O .. HВ водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют.OOR C R C + H +OH O -Однако большинство их является слабыми электролитами,имеющими степень диссоциации α < 1. Химическое равновесие междуионами (продуктами диссоциации) и недиссоциированными молекулами31

карбоновых кислот выражается константой кислотности К а , которая посуществу является константой равновесия и константой диссоциации.Значения рК а (рК а = - lgК а ) для одноосновных карбоновых кислотнаходятся в интервале 3,7 – 6,0.Кислотность карбоновых кислот может быть объяснена не толькоспецифическим распределением электронной плотности в карбоксильнойгруппе, но и особым состоянием карбоксильного аниона, структурукоторого можно выразить следующим резонансными формами:В карбоксилатном анионе отрицательный заряд, как и электроннаяплотность двойной связи, в равной степени принадлежит обоим атомамкислорода, т.е. происходит максимальная делокализация(«выравнивание») электронной плотности в карбоксилатном анионе. Чембольше выражена делокализация электронной плотности в любойчастице (анионе, катионе или радикале) тем меньшей энергией онаобладает и тем более она устойчива и легче образуется. Это один изобщих энергетических принципов реакционной способности вхимических превращениях.Введение в молекулу карбоновой кислоты любойэлектроноакцепторной группы (обладающей отрицательныминдуктивным или мезомерным эффектами) смещающей электроннуюплотность на себя, увеличивает частичный положительный заряд δ+ науглероде карбоксильной группы и тем самым усиливает все сдвигиэлектронной плотности между атомами, ослабляя связь О – Н, тем самымповышая кислотность молекулы. Как результат, значение рК апонижается.Введение электронодонорной группы, в том числе углеводородногорадикала, (обладающего +I эффектом) ослабляет все сдвиги электроннойплотности в карбоксильной группе, повышая прочность связи О – Н, азначит понижая кислотность молекулы. Поэтому в гомологическом рядуодноосновных карбоновых кислот наиболее сильной является перваякислота – муравьиная, значение рК а = 3,75. Для уксусной кислоты рК а =4,76, для пропионовой кислоты рК а = 4,89.При взаимодействии карбоновых кислот с металлами,гидроксидами, карбонатами металлов, аммиаком, аминами образуютсясоли, подтверждая кислотный характер карбоновых кислот. Со спиртамикарбоновые кислоты образуют сложные эфиры.32OO -- 1/2O C C CO - OO- 1/2

К действию окислителей одноосновные карбоновые кислотыустойчивы. Исключение составляет муравьиная кислота и кислоты стретичным атомом углерода в α-положени.ПРАКТИКУМОпыт 21. Кислотные свойства карбоновых кислотРеактивы и оборудование: 2н раствор уксусной кислоты(СН 3 СООН), индикатор «конго красный», индикатор метиловогооранжевого, индикатор фенолфталеина, 3 пробирки.Выполнение опыта: в три пробирки внесите по 3 капли уксуснойкислоты и добавьте по 1 капле: в первую пробирку индикатора «конгокрасного» (интервал перехода окраски рН 3,0 - 5,2), во вторую –индикатор метилового оранжевого (интервал перехода окраскииндикатора рН 3,1 - 4,4), в третью – индикатора фенолфталеина(интервал перехода окраски рН 8,2 – 10,0). Отметьте, в каких пробиркахпроисходит изменение окраски индикатора.Опыт 22. Растворимость в воде карбоновых кислот и их солей.Отношение кислот к индикаторамРеактивы и оборудование: концентрированная муравьиная кислота(НСООН), концентрированная уксусная кислота (СН 3 СООН), бензойнаякислота (С 6 Н 6 ), дистиллированная вода, 2н раствор едкого натра (NaOH),универсальная индикаторная бумага, 3 пробирки, водяная баня,электроплитка.Выполнение опыта: в три пробирки внесите по 1 мл воды идобавьте в первую пробирку 5 капель уксусной кислоты, во вторую – 5капель муравьиной кислоты, в третью - 1 лопатку бензойной кислоты.Пробирки с осадком нагрейте до растворения.По капле полученных растворов органических кислот стекляннойпалочкой нанесите на полоску универсальной индикаторной бумаги иопределите рН растворов.Нагретые смеси охладите, отметьте, выделяются ли снова кристаллыкислоты и добавьте 3 капли гидроксида натрия, встряхните и отметьтепроисходящие изменения.Ход реакции:HOHHCOOH HCOO - + H + (H 3 O)HOHCH 3 COOH CH 3 COO - + H + (H 3 O)33

COOH HOHCOO - + H +COOH+ NaOHCOONa+ H 2 Oбензойная кислотабензоат натрияОпыт 23. Окисление карбоновых кислот перманганатом калияРеактивы и оборудование: 2н раствор муравьиной кислоты(НСООН), 2н раствор уксусной кислоты (СН 3 СООН), 2н растворщавелевой кислоты ((СООН) 2 ), 2н раствор серной кислоты (H 2 SO 4 ), 0,1нраствор перманганата калия (KMnO 4 ), 3 пробирки, водяная баня,электроплитка.Выполнение опыта: в 3 пробирки внесите по 3 капли растворовмуравьиной, уксусной и щавелевой кислот, прибавьте 3 капли растворасерной кислоты и 2 капли раствора перманганата калия. Нагрейтеосторожно пробирки.Одноосновные предельные кислоты, за исключением муравьинойкислоты, устойчивы по отношению к окислителям. Муравьиная кислота,являющаяся по своему строению также и альдегидом, легко окисляется собразованием двуокиси углерода и воды.Щавелевая кислота, легко переходящая в муравьиную сотщеплением СО 2 , также легко окисляется перманганатом калия в кислойсреде.Ход реакции:5H COOH + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4H COOHокислитель5HO COOH + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 OHO CCO 2OOHH 2 OCH 3 COOH + KMnO 434

C O OHKMnO 4COOHH 2 SO 4Опыт 24. Открытие уксусной кислоты. Получение комплекснойжелезной соли и разложение ее при кипяченииРеактивы и оборудование: ацетат натрия (СН 3 СООNa), вода, 0,1раствор хлорида железа (FeCl 3 ), 1 пробирка, водяная баня, электроплитка.Выполнение опыта: в пробирку внесите 1 лопатку ацетата натрия,добавьте 5 капель воды и 2 капли раствора хлорида железа. Появляетсяжелтое окрашивание от образующейся железной соли уксусной кислоты(ацетата железа). Нагрейте пробирку.Фактически ацетат железа частично гидролизуется с образованиемкомплексного соединения, имеющего гораздо более сложное строение.Подогрейте раствор до кипения. Немедленно происходит гидролизжелезной соли. Выделяется красно-бурый осадок нерастворимого в водеосновного ацетата железа:Ход реакции:желтое окрашиваниеOH C + CO 2OHCH 3 COONa + FeCl 3 (CH 3 COO) 3 Fe + 3HCl (CH 3 COO) 2 FeOHкрасно-бурый осадокПолучающийся над ним раствор, не содержащий ионов железа,становится бесцветным.Описанную реакцию применяют в качественном анализе дляудаления оксида железа (III) из раствора.Реакцию эту можно провести и со свободной уксусной кислотой,предварительно нейтрализовав ее щелочью (пользуясь лакмусовойбумажкой).Опыт 25. Обнаружение щавелевой кислотыРеактивы и оборудование: 2н раствор щавелевой кислоты((СООН) 2 ), 5% раствор хлорида кальция (CaCl 2 ), концентрированнаяуксусная кислота (СН3СООН), концентрированная соляная кислота(HCl), 2 пробирки.Выполнение опыта: в пробирку поместите 5 капель щавелевойкислоты и добавьте по 2 капли хлорида кальция. Что вы наблюдаете?35

Прибавьте по 5 капель в одну пробирку уксусной кислоты, а вдругую соляной кислоты. Что происходит с растворами?Ход реакции:36CCщавелевая кислотаоксалат кальцияОпыт 26. Образование этилацетатаРеактивы и оборудование: ацетат натрия (СН 3 СООNa), этиловыйспирт (С 2 Н 5 ОН), серная кислота концентрированная (H 2 SO 4 ), 1 пробирка,водяная баня, электроплитка.Выполнение опыта: В пробирку поместите 1 лопатку порошкаобезвоженного ацетата натрия и 10 капель этилового спирта. Добавьте 3капли серной кислоты и нагрейте осторожно. Отметить запахобразовавшегося сложного эфира.Ход реакции:Oэтиловый спиртOOHOOHCH 3 C ONa + HOHO+ CaCl 2 2HCl +CH 3 C OH + CH 3 CH 2 OHOэтилацетатУксусно-этиловый эфир, или этилацетат употребляется в качестверастворителя. Реакция используется для открытия этилового спирта (позапаху эфира).Список литературы1. И.И.Грандберг Органическая химия. М.:Дрофа, 20032. Руководство к лабораторным занятиям по органическойхимии / под ред. Н.А.Тюкавкиной. М.: Дрофа, 20033. А.Я.Рево, В.В.Зеленкова Малый практикум по органическойхимии. М.: Высшая школа, 1980CCOOOOCaNaOH + CH 3 C OHH +OCH 3 C OC 2 H 5 + H 2 O