Лабораторный практикум по органической химии

УДК 546(07)
К887
Лабораторный практикум по органической химии: учебное пособие/
Л.И.Кудинова, Е.Н.Калмыкова, Т.Н.Ермолаева. – Липецк: ЛГТУ, 2006. – 102 с.
Представляет собой руководство к лабораторным работам по дисциплине
«Органическая химия» для студентов III курса специальности 011000 «Химия».
Пособие
«Химическая
может
быть
технология
полезно
природных
студентам
специальности
энергоносителей
и
250400
углеродных
материалов» при изучении дисциплины «Органическая химия».
Рецензенты: кафедра органической химии Воронежского государственного
университета (зав. кафедрой, доц. Соловьев А.С.); Н.Г. Назаренко,
к.х.н., доц., Липецкий государственный педагогический университет
© Липецкий государственный
технический университет, 2006.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................6
1. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ
ХИМИИ.......................................................................................................................7
1.1. Оборудование лаборатории....................................................................7
1.2. Общие правила работы в лаборатории органической химии.........8
1.2.1.Правила безопасной работы с химической посудой.....................9
1.2.2.Правила безопасной работы с кислотами, щелочами и
металлическим натрием…..............................................................................11
1.2.3. Правила безопасной работы с токсичными веществами............12
1.2.4. Правила безопасной работы с легковоспламеняющимися (ЛВЖ)
и взрывоопасными веществами.....................................................................15
1.3. Правила безопасности при возникновении пожара........................16
1.4. Первая- помощь при травмах и отравлениях..................................17
Вопросы и упражнения.............................................................................................19
2. ОСНАЩЕНИЕ ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА…......20
2.1. Химическая посуда................................................................................20
2.1.1. Материал для изготовления посуды.............................................20
2.1.2. Колбы...............................................................................................21
2.1.3. Воронки...........................................................................................22
2.1.4. Холодильники.................................................................................24
2.1.5. Насадки............................................................................................25
2.1.6. Уход за посудой..............................................................................25
2.2. Лабораторное оборудование.................................................................26
2.3. Реактивы..................................................................................................28
Вопросы и упражнения.............................................................................................29
3. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ СИНТЕЗА И ОФОРМЛЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОГО ЖУРНАЛА..........................................................................30
4. ОСНОВНЫЕ ПРИЁМЫ И МЕТОДЫ РАБОТЫ..........................................32
3
4.1. Измельчение и перемешивание...........................................................32
4.2. Нагревание и охлаждение.....................................................................34
4.3. Фильтрование и центрифугирование................................................36
4.4. Высушивание..........................................................................................39
4.5. Концентрирование растворов..............................................................40
Вопросы и упражнения.............................................................................................41
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ..................................................................42
5.1. Лабораторная работа №1 «Определение физических констант
веществ»……………………..……………………………………………………..42
Опыт 1. Определение температуры плавления......................................................42
Опыт 2. Определение температуры кипения..........................................................44
Опыт 3. Определение показателя преломления.....................................................46
Опыт 4. Определение плотности.............................................................................47
Опыт 5. Определение удельного вращения............................................................49
Вопросы и упражнения.............................................................................................54
5.2 Лабораторная работа №2 «Разделение и очистка веществ».....................54
Опыт 1. Перекристаллизация...................................................................................54
Опыт 2. Возгонка (сублимация)...............................................................................56
Опыт 3, Экстракция...................................................................................................57
Опыт 4. Перегонка.....................................................................................................59
Опыт 5. Тонкослойная и колоночная хроматография...........................................61
Вопросы и упражнения.............................................................................................67
5.3. Лабораторная работа №3 «Получение галогеналканов»…...…………..68
5.3.1.Синтез 2-бромпропана (бромистого изопропила) из пропанола – 2….68
5.3.2. Синтез хлористого трет- бутила (2 – хлор – 2 – метилпропана)……..70
5.4. Лабораторная работа №4 «Синтез иодоформа из ацетона».....................70
5.5. Лабораторная работа №5 «Синтез дибутилового эфира»........................72
5.6. Лабораторная работа №6 «Синтез бутилацетата (уксусно-бутилового
эфира)».......................................................................................................................74
4
5.7. Лабораторная работа №7 «Получение а-нитронафталина»…................76
5.8. Лабораторная работа №8 «Синтез n –толуолсульфокислоты»...............78
5.8.1. Синтез натриевой соли n – толуолсульфокислоты….…………………79
5.8.2. Синтез свободной n – толуолсульфокислоты…….…………………….79
5.9. Лабораторная работа №9 «Синтез 2,4,6-трибромфенола».......................80
5.10. Лабораторная работа №10 «Получение ацетона окислением
изопропилового спирта»........................................................................................82
5.11. Лабораторная работа №11 «Синтез бензойной кислоты окислением
толуола»…..………………………………………………………………...………83
5.12. Лабораторная работа №12 «Получение n-бензохинона окислением
гидрохинона»............................................................................................................85
5.13. Лабораторная работа № 13 «Синтез бензанилида».................................86
5.14. Лабораторная работа № 14 «Получение пирослизевой кислоты
окислением фурфурола»........................................................................................88
5.15. Лабораторная работа №15 «Окисление сахарозы до щавелевой
кислоты»…………………………………………………..……………….…........90
5.16. Лабораторная работа №16 «Получение фенолфталеина конденсацией
фенола с фталевым ангидридом».........................................................................92
5.17. Лабораторная работа №17 «Синтез 3-бромокамфоры бромированием
камфоры»..................................................................................................................94
5.18. Лабораторная работа №18 «Выделение фурфурола из природного
сырья»........................................................................................................................97
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………….....99
ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………….………….....100
5
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные работы по органической химии являются важнейшим
этапом учебного процесса, совершенствующим практическую подготовку
химика. Они позволяют глубже вникнуть в химические процессы, овладеть
основными законами химии, а также приёмами и методами, применяемыми при
органическом синтезе.
В
настоящем
учебном
пособии
по
организации
лабораторного
практикума по органической химии рассматриваются следующие вопросы:

Организация работ в лаборатории органической химии на основании
соблюдения правил безопасной работы с химическими реактивами и
химической посудой. Первая помощь при травмах и отравлениях (разд. 1).

Знакомство с химической посудой, лабораторным оборудованием и
реактивами (разд. 2).

Освоение правил проведения синтеза и оформления лабораторного
журнала (разд. 3).

Знакомство с основными приёмами и методами работы: измельчением,
перемешиванием,
нагреванием,
охлаждением,
фильтрованием,
высушиванием, концентрированием и др. (разд. 4).

Практическое
освоение
методов
определения
физико-химических
констант веществ (температуры кипения и плавления, показателя
преломления, плотности, удельного вращения), методов очистки и
разделения
веществ
(перегонка,
перекристаллизация,
возгонка,
хроматография), а также методов синтеза, выделения и идентификации
конкретных органических соединений, включая также их спектральные
характеристики (разд. 5).
6
1. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ
ХИМИИ
Приступая к работе по органическому синтезу, в первую очередь
необходимо твёрдо усвоить правила работы в лаборатории, правила техники
безопасности, меры предупреждения несчастных случаев, помнить, что
беспорядочность, поспешность, неряшливость могут привести к необходимости
повторения работы и даже к несчастным случаям.
1.1. Оборудование лаборатории
Практикум по органическому синтезу осуществляется в специализированной лаборатории, рассчитанной на одновременную работу 7-8 человек,
причём не менее шести рабочих мест должно быть оборудовано в вытяжных
шкафах. Каждое место укомплектовывается набором посуды, необходимой для
проведения
синтеза
и
очистки
веществ.
Реактивы,
дополнительное
оборудование и приборы студенты получают по своим заявкам для каждого
отдельного синтеза и в конце занятия сдают лаборанту. Лаборатория должна
иметь приточно-вытяжную или, по крайней мере, вытяжную вентиляцию,
противопожарное оборудование (пенный и углекислотный огнетушители, ящик
с
песком,
одеяло,
пропитанное
огнезащитным
составом),
средства
индивидуальной защиты (очки, резиновые перчатки, противогазы или
респираторы), аптечку для оказания первой помощи при различных травмах.
Лаборатория должна быть снабжена горячей и холодной водой,
электроэнергией и, по возможности, природным газом. В специально
отведённом месте под тягой размещают отдельные ёмкости для слива остатков
кислот, щелочей и органических жидкостей, снабжённые соответствующими
этикетками.
Посуду выдают студентам для каждого опыта с требованием бережного к
ней отношения. Для идентификации продуктов синтеза на кафедре имеется
7
лаборатория спектральных методов исследования.
Рабочим местом для выполнения синтезов является лабораторный
химический стол. Каждому студенту выделяется площадь размером не менее
1,5 х 0,7 м. Чрезвычайно важным условием успеха в работе является чистота
рабочего места. Посторонние вещества, попавшие в реакционную смесь, могут
изменить
даже
направление
процесса.
Поэтому
необходимо
быть
требовательным к себе и окружающим, следя за тем, чтобы в лаборатории
постоянно соблюдался порядок.
1.2. Общие правила работы в лаборатории органической химии
При работе в лаборатории студенты должны соблюдать следующие правила:
1. К работе в лаборатории допускаются лица, прошедшие инструктаж по
технике безопасности.
2. Не приступать к работе без разрешения преподавателя.
3. Не оставлять действующие приборы без наблюдения. Запрещается
работать в лаборатории одному.
4. Работать на закреплённом за ним или на специально отведённом для
данной работы месте.
5. Во время работы соблюдать тишину, порядок, чистоту, рационально
строить свою работу, вести её точно, аккуратно, быстро, но без спешки.
6. Запрещается производить в лаборатории какие-либо работы, не связанные
непосредственно с выполнением полученных заданий.
7. Приступая к работе, необходимо заранее изучить свойства используемых и
синтезируемых веществ. Прежде чем начать работу, следует обсудить с
преподавателем схему прибора и план работы.
8. Содержать рабочий стол в чистоте и не загромождать его. На рабочем
месте
должны
находиться
только
необходимые
конкретной работы реактивы, приборы и оборудование.
9. Экономить воду, электроэнергию и реактивы.
8
для
выполнения
10. Во время работы надевать халат, иметь в лаборатории мыло, полотенце.
11. Нельзя проводить работы в загрязненной посуде. Посуду следует мыть
сразу же после окончания опыта.
12. Не выносить из лаборатории приборы, посуду и реактивы.
13. Работу с токсичными веществами следует проводить в вытяжном шкафу.
14. Строго соблюдать меры предосторожности при работе с взрывоопасными
и легковоспламеняющимися веществами.
15. Нельзя выливать в раковины остатки химических реактивов. Сливать эти
вещества в специальные склянки, помещённые в вытяжной шкаф.
16. Токсичные вещества необходимо обезвреживать химической обработкой
или сжигать в специально отведенном месте вне пределов лаборатории.
17. Все вещества должны храниться в посуде с этикетками.
18. Нельзя путать пробки от склянок, содержащих разные реактивы, во
избежание загрязнения последних.
19. При взвешивании сухих реактивов не высыпать их прямо на чашку весов.
20. Запрещается курить и принимать пищу в лаборатории.
21. Нельзя пробовать на вкус, а также всасывать через пипетки любые
вещества и их растворы.
22. Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя к себе их пары или
газ лёгким движением руки, а не наклоняясь к сосуду и не вдыхая их
полной грудью.
23. Каждый работающий в лаборатории должен знать, где находятся средства
противопожарной защиты (огнетушители, ящик с песком, асбестовое
одеяло), а также аптечка со средствами для оказания первой помощи.
24. Уходя из лаборатории, проверить, выключены ли вода и электричество.
1.2.1. Правила безопасной работы с химической посудой
В лабораториях используется только специальная химическая посуда.
9
Все сосуды должны иметь чёткую надпись, которую необходимо
периодически обновлять.
Использование собранного прибора без предварительной проверки его
исправности не допускается.
Оставлять действующий прибор без присмотра не разрешается.
При работе с водяными холодильниками необходимо постоянно
контролировать непрерывность тока воды.
При перегонке веществ с температурой кипения выше 150°С необходимо
применять холодильник с воздушным охлаждением.
В тех случаях, когда реакция идёт при нагревании реакционной смеси до
кипения
или
при
перегонке,
следует
пользоваться
круглодонными
тонкостенными колбами. Толстостенную посуду нагревать нельзя. Для
перегонки жидкостей используют специальные круглодонные колбы, например
колбы Вюрца, Кляйзена, двух- или трёхгорлые колбы.
Плоскодонные колбы нельзя применять для работы в вакууме, а также
для работы при температуре выше 100°С. Для отсасывания в вакууме
используют толстостенные колбы Бунзена.
Нагревая жидкость в пробирке или колбе, сосуд нужно держать
специальным
держателем
и
отверстие
должно
быть
направлено
от
работающего.
Перенося сосуды с горячей жидкостью, нужно держать их двумя руками:
одной за дно, другой – за горловину, используя при этом полотенце (во
избежание ожога рук).
При переливании жидкостей нужно пользоваться воронкой, поставленной
в кольцо штатива над сосудом-приёмником переливаемой жидкости.
При закрывании тонкостенного сосуда пробкой следует держать его за
верхнюю часть горла как можно ближе к пробке. Нагретый сосуд нельзя
закрывать притёртой пробкой до тех пор, пока он не охладится.
10
Химическая посуда должна быть сухой и чистой, так как грязь может
изменить ход реакции. Грязную посуду следует мыть сразу же после окончания
работ.
Для
этого
можно
применять
мыло,
кальцинированную
соду,
современные моющие средства. Для удаления из посуды нерастворимых в воде
органических веществ пользуются органическими растворителями. Для
очистки посуды химическими методами чаще всего применяют хромовую
смесь, серную кислоту и растворы щелочей. После тщательной очистки и
мытья посуду высушивают в сушильном шкафу.
При разламывании надрезанных напильником стеклянных трубок или
палочек стараться, как бы разорвать трубку, чтобы не порезать руки краями
стекла.
Вставляя
стеклянную
трубку,
холодильник,
капельную
воронку,
термометр в пробку, нужно держать их рукой как можно ближе к вставляемому
концу и не вдавливать в пробку, а слегка ввинчивать. В случае применения
резиновых пробок следует смазать их глицерином, а затем избыток глицерина
снять.
Нельзя нагревать толстостенную посуду.
При стеклодувных работах необходимо соблюдать особую осторожность,
беречь глаза.
1.2.2. Правила безопасной работы с кислотами, щелочами и
металлическим натрием
При работе со щелочными металлами, карбидом кальция и некоторыми
другими веществами в присутствии воды возможен взрыв. Он может произойти
и при проведении процессов в вакууме или в автоклавах, запаянных ампулах и
т. д. при повышенном давлении. Взрывы возможны также при получении или
использовании в синтезе нитросоединений, диазосоединений и некоторых
других веществ. Во всех подобных случаях работу надо проводить в защитных
11
очках или в маске.
Операции
со
щелочными
металлами
выполняют
на
специально
подготовленном рабочем месте сухими инструментами при полном отсутствии
воды. Взвешивание их производят под слоем сухого керосина в закрытом
бюксе. Остатки натрия или калия уничтожают постепенным растворением в
абсолютном спирте с последующей нейтрализацией раствора.
Большую опасность представляет неосторожная работа с кислотами и
щелочами. Даже слабые кислоты (например, уксусная) при высоких
концентрациях способны вызывать химические ожоги. Попадание растворов
кислот и щелочей в глаза может привести к поражению роговицы и потере
зрения. Особенно опасны в этом отношении щелочи и аммиак. Поэтому все
работы с кислотами и щелочами проводят в защитных очках и резиновых
перчатках в вытяжном шкафу, а при переливании кислот из большой ёмкости в
маленькую следует надеть резиновый фартук и использовать сифон. Для
разбавления кислоту вливают тонкой струёй в воду при постоянном
перемешивании, не допуская перегревания.
При измельчении твёрдых щелочей большие куски, завернутые в
плотную ткань, разбивают молотком, а маленькие растирают в ступке,
закрытой полотенцем. Попадание твердой щёлочи в волосы может остаться
незамеченным и вызвать выпадение волос, поэтому во время этих операций
голова должна быть покрыта. Остатки кислот и щелочей необходимо
нейтрализовать и только затем вылить в раковину.
1.2.3. Правила безопасной работы с токсичными веществами
Большинство химических веществ в той или иной мере токсичны. Меры
предосторожности при работе с ними направлены на предотвращение случаев
проникновения их в организм через рот, лёгкие или кожу. В производственной
санитарии
химические
вещества
характеризуют
значениями
предельно
допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны,
12
т. е. такими концентрациями, которые при ежедневной работе не могут вызвать
заболеваний или отклонений в состоянии здоровья. Сведения о ПДК некоторых
химических веществ приведены в таблице. Однако вредность многих
органических соединений определяется не только и не столько величиной ПДК
их паров, но и другими признаками, такими, как летальная доза при попадании
в желудочно-кишечный тракт и кровеносную систему, кожно-нарывное
действие и т. п. В более общем виде по степени вредности для человеческого
организма химические вещества подразделяют на четыре класса опасности
(самый опасный – 1-й класс, наименее опасный – 4-й класс). Их характеристики
приведены в таблице 1.
Таблица 1. Предельно допустимые концентрации некоторых веществ в воздухе
рабочей зоны с указанием их класса опасности
Вещество
ПДК,
мг/м3
первичные 1
Класс
опасности
2
Амины
(С7 – С9)
Аммиак
Анилин
Ацетон
Ацетонитрил
Бензальдегид
Бензилхлорид
Бензол
Бром
Бутанол-1
Бутилацетат
N-Винилпирролидон
Диметиламин
N,N-Диметиланилин
Диметилформамид
Диоксан
20
0,1
200
10
5
0,5
5
0,5
10
200
1
1
0,2
10
10
4
2
4
3
3
1
2
2
3
4
2
2
2
2
3
1,2-Дихлороэтан
Диэтиламин
Камфора
Ксилолы
10
30
3
50
2
4
3
3
Вещество
13
ПДК,
мг/м3
Метанол
5
Класс
опасности
3
Муравьиная кислота
β-Нафтол
Пиридин
Пропанол-1
Серная кислота
Скипидар
Тетрагидрофуран
Тетрахлорметан
Толуол
Триэтиламин
Уксусная кислота
Фенол
Формальдегид
Хлоробензол
Хлороводородная
кислота
Циклогексан
Этанол
Этилацетат
Этилхлорид
1
0,1
5
10
1
300
100
20
50
10
5
0,3
0,5
3
5
2
2
2
3
2
4
4
2
3
3
3
2
2
3
2
80
1000
200
50
4
4
4
4
Все работы с ядовитыми и сильнодействующими веществами 1 и 2 класса
опасности производят в вытяжном шкафу.
Перед работой с токсическими веществами необходимо ознакомиться с
правилами оказания первой медицинской помощи при отравлениях.
Многие
органические
соединения
–
ароматические
(анилин)
и
алифатические (диметиламин) амины, ароматические углеводороды (бензол,
толуол), галогенопроизводные (хлорбензол, тетрахлорметан) – оказывают
вредное воздействие, проникая через дыхательные пути и кожу. Необходимо
осторожно обращаться с этими веществами, не вдыхать их пары, избегать
попадания на руки. Если это всё же произошло, следует вымыть руки тёплой
водой с мылом, при вдыхании паров немедленно выйти на свежий воздух.
Пары бензилхлорида и бензальдегида оказывают раздражающее действие
на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. В качестве
противоядия можно дать понюхать пострадавшему водный раствор аммиака
слабой концентрации, затем вывести его на свежий воздух.
Этиленгликоль опасен при попадании внутрь. Он может всасываться и
через кожу. Токсическое действие гидроксиламина обусловлено способностью
этого соединения вступать в организме в реакции, блокирующие некоторые
ферментные системы.
При работе
с перечисленными, а также другими химическими
веществами, использующимися при выполнении лабораторных опытов,
необходимо соблюдать все меры предосторожности.
Категорически запрещается пробовать любые химические вещества
на вкус.
При случайном попадании токсичного вещества внутрь рекомендуется
вызвать рвоту, давая пострадавшему большое количество тёплой воды с
несколькими каплями нашатырного спирта. При первых симптомах отравления
следует поставить в известность преподавателя, обратиться к врачу или вызвать
«скорую помощь».
14
1.2.4. Правила безопасной работы с легковоспламеняющимися (ЛВЖ) и
взрывоопасными веществами
Органические растворители, особенно ЛВЖ, – один из главных
источников опасности при работе в лаборатории, так как они легко
воспламеняются, быстро горят и трудно гасятся. Пары многих органических
жидкостей
могут
образовывать
с
воздухом
взрывоопасные
смеси.
В
зависимости от температуры вспышки в открытом тигле ЛВЖ разделяются на
три группы: особо опасные (температура вспышки до -13 °С), постоянно
опасные (от -13 до 27°С) и опасные при повышенной температуре (от 27 до
66°С). К первой группе относятся ацетон, бензин, гексан, диэтиламин,
диэтиловый эфир, петролейный эфир, тетрагидрофуран; ко второй –
метиловый, этиловый, изопропиловый и трет-бутиловый спирты, гептан,
диоксан, дихлорэтан, пиридин, толуол, триэтиламин, этилацетат; к третьей –
бензилхлорид,
бутиловый
спирт,
диметилсульфат,
уксусный
ангидрид,
хлорбензол, циклогексанол.
Необходимо выполнять следующие правила:
1. Нельзя держать эти растворители вблизи огня, в тёплом месте или вблизи
нагревательных приборов.
2. Нельзя нагревать такие вещества на открытом огне, на сетке, вблизи огня
или в открытых сосудах; для этой цели следует пользоваться водяной
баней с обратным водяным холодильником.
3. Нельзя хранить ЛВЖ в тонкостенной посуде с плотно закрытой пробкой.
4. Нельзя выливать их в раковину.
5. Нельзя держать на рабочем месте большие количества таких веществ.
6. Перегонку их необходимо проводить на специальном лабораторном столе,
пользуясь водяной баней с обратным водяным холодильником. При работе
с диэтиловым эфиром водяную баню следует нагревать вдали от места
перегонки.
15
7. Нельзя
перегонять
долго
хранившийся
диэтиловый
эфир
без
предварительной проверки на присутствие пероксидов.
8. Нельзя проводить перегонку досуха, так как многие вещества (диэтиловый
эфир, диоксан) образуют взрывоопасные пероксиды.
9. Если в лаборатории по какой-либо причине пролито значительное
количество легковоспламеняющейся жидкости, то необходимо погасить
все горелки и электронагревательные приборы, открыть окна и засыпать
пролитую жидкость песком. После полного впитывания жидкости массу
собирают пластмассовым совком в ведро и выносят в безопасное место для
сжигания.
Некоторые органические вещества, например эфиры - диэтиловый эфир,
тетрагидрофуран, диоксан и т. д., при хранении на воздухе образуют
пероксиды. Перед началом работы с этими веществами необходимо проверить
их на отсутствие пероксидов. Для обнаружения пероксидов несколько
миллилитров эфира или другого вещества встряхивают с равным по объему
количеством 2%-ного раствора иодида калия, подкисленного разбавленной
хлороводородной
кислотой.
При
наличии
пероксидов
эфирный
слой
окрашивается в бурый цвет, а добавление раствора крахмала даёт синефиолетовое окрашивание.
Категорически запрещается работать с растворителями, в которых
обнаружены пероксиды.
Растворители, способные при хранении образовывать пероксиды, нельзя
перегонять досуха, даже если в них пероксиды не были обнаружены.
1.3. Правила безопасности при возникновении пожара
При возникновении пожара в лаборатории следует тотчас выключить
вентиляцию и все нагревательные приборы, удалить с участка загорания все
горючие вещества.
16
При загорании электрических проводов нужно немедленно выключить
ток и тушить загоревшиеся провода песком или сухими огнетушителями
(применение
воды
и
пенных
огнетушителей
недопустимо),
известив
одновременно дежурного электрика.
Для тушения ЛВЖ используют противопожарные одеяла, песок,
порошковые
составы,
пенные
и
углекислотные
огнетушители.
При
воспламенении ЛВЖ в каком-либо сосуде его накрывают противопожарным
одеялом, чтобы перекрыть доступ воздуха к горящей жидкости. Разлитую
горящую жидкость засыпают песком.
При загорании одежды на человеке нужно немедленно закутать его в
огнестойкую накидку, одеяло. Пострадавший не должен бегать, метаться, так
как это способствует горению.
Пожары, вызванные возгоранием щёлочных металлов, нельзя тушить ни
водой, ни углекислотными огнетушителями. Применяют сухой песок.
1.4. Первая помощь при травмах и отравлениях
О травмах, ожогах, отравлениях необходимо незамедлительно сообщить
преподавателю
и
воспользоваться
медикаментами,
противоядиями
и
приспособлениями, находящимися в лабораторной аптечке.
При термических ожогах сразу же промывают обожжённое место
спиртом, смачивают 5%-ным раствором танина в 40%-ном спирте, затем
накладывают компресс из ваты или марли, смоченной этим раствором или
винилином. После этого нужно наложить на обожжённую поверхность повязку
с противоожоговой мазью.
При химических ожогах, возникших вследствие попадания на кожу
разъедающего органического вещества, нужно быстро промыть поражённый
участок кожи спиртом. Затем провести обработку, как при термическом ожоге.
17
При ожогах концентрированными кислотами промывают обожжённое
место сильной струёй воды, а затем 1%-ным раствором гидрокарбоната натрия.
При попадании кислот в глаза их следует промыть 1%-ным раствором
гидрокарбоната натрия и стерильной водой комнатной температуры. Лучше
пользоваться специальной глазной ванночкой.
При
ожогах
концентрированными
щелочами
поражённое
место
промывают большим количеством воды, а затем 1%-ным раствором уксусной
кислоты. При попадании щёлочи в глаза их следует промыть 1-2%-ным
раствором борной кислоты.
При ожогах бромом его смывают спиртом и смазывают поражённое
место мазью от ожогов.
При ожогах жидким фенолом побелевший участок кожи растирают
глицерином, пока не восстановится нормальный цвет кожи.
При порезах рук стеклом прежде всего удаляют осколки стекла пинцетом
или под сильной струёй воды, останавливают кровотечение 3%-ным раствором
пероксида водорода, смазывают рану 5%-ным раствором йода и накладывают
повязку. При капиллярном и венозном кровотечении на рану накладывают
давящую повязку, при сильных кровотечениях – жгут.
При поражении электрическим током находящемуся в сознании
пострадавшему необходимо обеспечить покой и чистый воздух. При
прекращении
дыхания
и
сердечной
деятельности
следует
применять
искусственное дыхание и непрямой массаж сердца до прибытия «скорой
помощи».
При
загрязнении
помещения
ртутью
из
разбитого
термометра
необходимо провести демеркуризацию, т. е. механическую очистку от шариков
ртути и химическую обработку кашицей хлорида железа (III), а затем
тщательно промыть поверхность 20%-ным раствором хлорида железа (III),
мыльным раствором и чистой водой.
18
При острых отравлениях чрезвычайно важно оказать неотложную
помощь, используя следующие основные принципы:
• вывести (или вынести) пострадавшего из зоны отравления на свежий
воздух, удалить яд с кожи или слизистых оболочек, снять загрязнённую
одежду;
• восстановить нарушенные функции организма (искусственное дыхание,
массаж сердца);
• попытаться вывести яд из организма (промывание желудка, рвотные
средства, адсорбенты). Вызвать рвоту можно принятием тёплого раствора
поваренной соли (3-4 чайные ложки на стакан воды);
• применить соответствующие противоядия и медикаменты.
Помните, что действие многих химических веществ проявляется не сразу,
а по истечении некоторого времени. Даже если меры первой помощи оказались
достаточно эффективными и симптомы отравления исчезли, это вовсе не
означает, что здоровью пострадавшего не угрожает опасность. Поэтому в
случае острого отравления ядовитыми веществами следует немедленно вызвать
врача.
Вопросы и упражнения
1. Реакционную смесь, содержащую легковоспламеняющуюся жидкость,
нагревают в круглодонной стеклянной колбе на пламени горелки,
закрытом асбестовой сеткой. К каким последствиям может привести такой
«эксперимент»?
2. Что следует делать, если в лаборатории возник очаг пожара?
3. Необходимо перегнать вещество, которое является горючей жидкостью и
при кипении разлагается. Каким методом следует воспользоваться? Какие
меры предосторожности надо принять?
19
4. Имеется кусок гидроксида натрия массой около 500 г. Необходимо
приготовить 200 г 40%-ного раствора этого вещества в воде. Опишите
последовательность
действий.
Какими
средствами
индивидуальной
защиты надо воспользоваться?
5. При фильтровании с использованием вакуума на воронке Бюхнера
раствора, содержащего значительное количество сильной кислоты,
произошёл взрыв колбы Бунзена, в результате чего кислота попала на кожу
лица и рук работающего. Кроме того, он был ранен осколками стекла.
Каковы должны быть меры первой помощи пострадавшему? Как
ликвидировать последствия взрыва на рабочем месте?
2. ОСНАЩЕНИЕ ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
2.1. Химическая посуда
2.1.1. Материал для изготовления посуды
Посуда, применяемая в лаборатории, бывает стеклянной, кварцевой и
фарфоровой.
Для изготовления химической посуды в основном применяют стёкла с
относительно малым коэффициентом линейного расширения, т. е. устойчивые к
изменению температуры, а также действию агрессивных сред (кислот,
щелочей).
Наиболее известны стёкла марок ХУ (химически устойчивое) и
ТУ (термически устойчивое). Мерой термической устойчивости стекла служит
максимальная разность (перепад) температур, которую оно выдерживает.
Стекло марки ХУ выдерживает перепад температур 60-80°С и размягчается при
550-570°С, марки ТУ – перепад 160°С, размягчается при 650-700°С. Наиболее
термостойкое стекло «Пирекс» выдерживает перепад температур 250°С; его
недостаток – малая устойчивость к действию щелочей.
20
Основным
недостатком
стекла
является
хрупкость.
Повреждение
поверхности стекла ведет к снижению его стойкости к перепаду температур и
механическому удару.
Стеклянную посуду нельзя чистить песком. Нельзя пользоваться
посудой, имеющей трещины.
Максимально термостойкую посуду изготавливают из кварцевого стекла
(термическая
устойчивость
780°С,
температура
размягчения
1650°С).
Кварцевое стекло инертно к действию большинства химических реагентов. Оно
пропускает
ультрафиолетовые
лучи
и
незаменимо
для
проведения
фотохимических реакций. Однако сложность изготовления обусловливает
дороговизну изделий из кварца.
Фарфор обладает большей термической устойчивостью (1000-2000°С) по
сравнению со стеклом и кварцем и хорошей химической устойчивостью,
поэтому фарфоровую посуду применяют для выпаривания растворов и
прокаливания осадков. Из фарфора изготавливают шпатели, лопатки, ложки
и т. п.
Наиболее употребительна в лаборатории стеклянная посуда. Она весьма
разнообразна, что связано с многообразием экспериментальных задач.
2.1.2. Колбы
В химической лаборатории используют плоскодонные и круглодонные
колбы.
Плоскодонные колбы предназначены в основном для сбора и хранения
жидкостей,
а
также
проведения
простых
химических
реакций,
преимущественно не связанных с нагреванием. Они бывают круглыми и
коническими (колбы Эрленмейера) (рис. 1). Вместимость плоскодонных колб
колеблется от 10 мл до нескольких литров. Плоскодонные колбы, как и
стаканы, можно нагревать только на асбестовой сетке.
21
Рис. 1. Колбы: а – плоскодонная; б – коническая Эрленмейера; в – круглодонная;
г, д – двугорлые; е,ж – трёхгорлые; з – грушевидная; и – яйцевидная
Круглодонные колбы используют для проведения реакций при
повышенной температуре и работы в вакууме. Они широко употребляются в
практике и потому более разнообразны, чем плоскодонные.
Круглодонные колбы подразделяются на широко- и узкогорлые,
длинно- и короткогорлые. Колбы могут быть не только одногорлыми, но и
двух-, трёх- и четырёхгорлыми. Разновидностью круглодонных колб являются
яйцевидные и грушевидные колбы (рис. 1, в - и). Грушевидные колбы удобны
для работ, связанных с нагреванием: их широкое дно прогревается более
равномерно.
Яйцевидные колбы пригодны для концентрирования в них растворов:
концентрат собирается в небольшом объёме внизу колбы.
2.1.3. Воронки
В химической лаборатории используют конические, делительные и
капельные воронки.
Конические воронки из стекла предназначены для переливания
жидкостей из одного сосуда в другой или фильтрования; для сыпучих тел
используют воронки с широким носиком.
Делительные воронки (рис. 2, a, б) применяют для разделения
несмешивающихся жидкостей и проведения экстракции. Делительная воронка
22
представляет собой ёмкость цилиндрической или яйцевидной формы, в нижней
части которой имеется отводная трубка с краном. Отводная трубка бывает
обычно короткой, а кран располагается примерно посередине неё, что
позволяет достаточно чётко разделить две несмешивающиеся фазы. Горло
воронки
всегда
закрывают
пришлифованной
пробкой.
Вместимость
делительных воронок от 50 мл до 2-3 л.
Капельные воронки (рис. 2) служат для регулируемого (непрерывного
или периодического) приливания жидкости к реакционной смеси в ходе
проведения реакции. Они похожи на делительные воронки, но их различное
назначение
обусловливает
некоторые
конструктивные
особенности.
У
капельных воронок отводная трубка обычно длиннее, чем у делительных, а
кран располагается под самым резервуаром. Их максимальный объём не
превышает 500 мл. Жидкость из обычной капельной воронки вытекает лишь
при открытой горловине. В том случае, когда находящуюся в воронке жидкость
необходимо изолировать от контакта с внешней средой (т. е. когда горло
воронки должно быть закрыто пробкой), используют капельные воронки с
трубкой для выравнивания давления.
Рис. 2. Воронки: а – капельные, б – делительные (1 – керн, 2 – муфта);
в – капельная; г – капельная с трубкой для выравнивания давления
23
Краны делительных и капельных воронок не взаимозаменяемы. Поэтому
нельзя путать краны от разных воронок, что случается при мытье посуды.
Обычно керн и муфта крана воронки помечены одинаковыми цифрами
несмываемой краской. Перед началом работы кран воронки обрабатывают
консистентной смазкой, затем в воронку наливают воду или подходящий
органический растворитель для проверки герметичности крана.
2.1.4. Холодильники
Для конденсации паров жидкости предназначены холодильники (рис. 3).
Они бывают прямые и обратные. Если сконденсированные пары надо
возвращать в зону реакции, применяют обратные (восходящие) холодильники.
При перегонке используют прямые (нисходящие) холодильники.
Воздушные холодильники (прямые и обратные) представляют собой
достаточно длинную стеклянную трубку (рис. 3, а). С помощью воздушных
холодильников эффективно конденсируются пары жидкостей, кипящих при
температуре выше 140°С.
Водяные холодильники имеют
охлаждающую «рубашку», заполненную
водой. Их используют для конденсации
паров
Наиболее
низкокипящих
жидкостей.
распространённый
холодильник
–
холодильник
водяной
Либиха,
применяемый чаще как прямой, но иногда
и как обратный (рис. 3, б). Более полная
Рис. 3. Холодильники:
конденсация
паров
достигается
а – воздушный, б – Либиха; в – шариковый;
г – с охлаждающей спиралью (Димрота)
обратных водяных холодильниках
в
с
увеличенной поверхностью контакта между парами и охлаждающей водой. К
таким холодильникам относятся шариковый холодильник и холодильник
24
Димрота с внутренним водяным охлаждением (рис. 3, в, г).
Вода в водяные холодильники подаётся через нижний тубус, в противном
случае она не заполнит охлаждающую «рубашку».
2.1.5. Насадки
Функции
прибора
могут
быть
значительно
расширены
за
счёт
использования разнообразных по конструкции насадок (рис. 4, а - е).
Так, на основе одногорлой колбы можно сконструировать более
многофункциональный прибор, используя двух- или трёхрогие форштоссы
различной конфигурации.
Рис. 4. Насадки:
а,б – двурогие
форштоссы;
в – трёхрогий форштосс;
г – насадка Вюрца;
д – насадка Кляйзена;
е – насадка с отводом
Помимо
вышеописанной
наиболее
распространённой
посуды
в
органической химии широко используется и другая посуда, предназначенная
для выполнения конкретных опытов.
2.1.6. Уход за посудой
Стеклянная посуда должна быть всегда хорошо вымыта и, если
необходимо, высушена. От этого зависит успех эксперимента и зачастую
безопасность работы.
Категорически запрещается проводить какой-либо эксперимент в
грязной посуде.
Мытьё
посуды
необходимо
проводить
сразу
после
окончания
эксперимента. Хорошо вымытой считается посуда, со стенок которой вода при
ополаскивании стекает равномерно, не оставляя на поверхности капель. Для
25
выбора способа мытья посуды нужно знать свойства загрязняющих её веществ.
Водорастворимые вещества отмывают водой, растворами мыла или моющего
порошка. При этом предварительно надо убедиться, что оставшиеся в посуде
вещества не реагируют с моющим средством. Нерастворимые в воде вещества
удаляют подходящим органическим растворителем. Растворитель после мытья
посуды собирают, очищают и вновь используют. Труднорастворимые
загрязнения удаляют с помощью щёток и ершей. Проволочный кончик ерша
либо изгибают в дугу, либо надевают на него кусочек резинового шланга. Ерши
и щётки применяют только при работе с водными растворами.
Хорошие результаты даёт мытьё хромовой смесью, которую применяют
лишь после удаления остатков органических веществ. В зависимости от
степени загрязнения посуду выдерживают в хромовой смеси от нескольких
минут до нескольких часов. Отмытую посуду тщательно ополаскивают
обычной, а затем дистиллированной водой и сушат.
Сушка посуды осуществляется в сушилках. Простейшая сушилка
представляет собой укреплённую на стене доску с деревянными колышками, на
которые вешают посуду.
Существуют специальные сушилки, в которых используется принцип
сушки током холодного или горячего воздуха. При сушке посуды в сушильном
шкафу её
раскладывают
на
листах
фильтровальной бумаги,
доводят
температуру шкафа до 110-140 °С и выдерживают до высыхания.
Нельзя помещать мокрую холодную посуду в нагретый сушильный
шкаф, особенно если там уже лежит горячая посуда. Категорически
запрещается сушить посуду в пламени горелки или на электроплитке.
2.2. Лабораторное оборудование
Для
проведения
химических
операций
используют
лабораторное оборудование, инструменты и принадлежности.
26
различное
Лабораторный штатив Бунзена. Штатив представляет собой железный
стержень, ввинченный в массивное чугунное основание прямоугольной формы.
На этом стержне укрепляют различные приспособления для сборки приборов (рис. 5).
Муфты служат для крепления лапок и колец на штативе. Они имеют два
отверстия с прорезями, расположенные во взаимно перпендикулярных
плоскостях. Одно отверстие служит для закрепления муфты на штативе, а во
второе вкладывают лапки или кольца, закрепляя их винтами. Муфты надевают
так, чтобы прорезь на отверстии для штатива была обращена к работающему, а
прорезь второго отверстия – вверх.
служат
Лапки
закрепления
на
штативе
для
частей
прибора, например колбы. Внутри
они имеют прокладки (резиновые,
кожаные или из корковой пробки),
которые амортизируют сжимающее
действие
и
предохраняют
стек-
лянную посуду oт непосредственного соприкосновения с металлом.
По мере износа прокладки заменя-
Рис. 5. Лабораторный штатив с
принадлежностями: 1 – основание;
2 – стержень; 3 – муфта; 4 – лапки; 5 - кольцо
ют на новые.
Кольцо можно спользовать
по-разному. Например, на него можно положить асбестовую сетку, на которую
ставятся плоскодонная колба или стакан для нагревания. Кольцо можно
использовать для укрепления конической воронки и т. п.
Электроплитки
бывают
с
открытой
и
закрытой
спиралью,
с
терморегулятором и без него. В химической лаборатории предпочтение отдают
плиткам с закрытой спиралью и терморегулятором. Закрытая спираль
обеспечивает безопасность в работе.
Колбонагреватели представляют собой разновидность электроплиток.
27
Наиболее удобны мягкие колбонагреватели, представляющие собой кусок
токопроводящей ткани, сшитый в виде мешка по размеру колбы. Они
обеспечивают равномерный нагрев. В сеть колбонагреватели включают только
через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
Перед началом работы с электронагревательным прибором следует
убедиться в его исправности (проверяют исправность электрошнура,
вилки, наличие заземления, если оно необходимо).
2.3. Реактивы
Работа в лаборатории связана с постоянным применением реактивов,
которые условно разделяют на общеупотребительные и специальные. К
общеупотребительным относят кислоты (серная, хлороводородная, азотная,
уксусная),
щёлочи
(гидроксиды
натрия
и
калия),
раствор
аммиака,
неорганические соли и некоторые органические растворители (бензол,
хлороформ и др.). Набор специальных реактивов определяется спецификой
данной лаборатории. Работающие в лаборатории должны знать основные
свойства применяемых ими реактивов, особенно степень их токсичности.
При работе с токсичными веществами необходимо предварительно
ознакомиться с правилами оказания первой медицинской помощи при
отравлении этими веществами.
Реактивы, как правило, хранят в плотно закрывающихся стеклянных
ёмкостях. Твёрдые вещества или очень вязкие жидкости хранят в банках;
узкогорлые
склянки
предназначены
главным
образом
для
жидкостей.
Разлагающиеся на свету вещества хранят в посуде из тёмного стекла, а
вещества, активно реагирующие с влагой воздуха, — в специальных склянках с
двойной притёртой крышкой.
Все ёмкости с реактивами должны иметь этикетки. Нельзя
пользоваться реактивами без этикеток или с неясными надписями.
28
Этикетки приклеены с помощью клея или прозрачной клеющей ленты.
Для лучшей сохранности бумажные этикетки покрыты тонким слоем
расплавленного парафина. При непродолжительном хранении вещества в
ёмкости надпись на ней делают восковым карандашом. Участок стекла, на
котором производят надпись, предварительно протирают ватой, смоченной
хлороформом или диэтиловым эфиром. При выливании жидкости из склянки её
берут так, чтобы надпись была обращена к работающему. Тогда оставшиеся на
горле склянки капли жидкости при стекании не попадают на этикетку.
Отходы химических реактивов запрещается сливать в канализацию.
Их собирают в отдельные банки для слива кислот, щелочей, органических
растворителей.
Вопросы и упражнения
1. Будете ли вы нагревать толуол, уксусную кислоту, анилин в химической
посуде, изготовленной из стекла марки ХУ или ТУ? Маркировка посуды.
2. Почему нельзя пользоваться посудой, имеющей трещины?
3. Круглодонные или плоскодонные колбы вы будете использовать для
проведения органических синтезов и перегонки?
4. Через
верхний
или
нижний
тубус
осуществляется
заполнение
холодильника водой? Почему?
5. Назначение различных насадок (форштоссов, насадки Вюрца, насадки
Кляйзена).
6. Какие действия вы предпримете, если на бутыли с реактивом отсутствует
этикетка?
29
3. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ СИНТЕЗА И ОФОРМЛЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОГО ЖУРНАЛА
Для обеспечения безопасных условий труда в лаборатории в первую
очередь
необходимо,
чтобы
внимание
студентов
было
полностью
сосредоточено на выполняемой ими работе. Все операции должны выполняться
тщательно и аккуратно, при строгом соблюдении правил и инструкций по
технике безопасности.
В процессе работы необходимо использовать только чистую химическую
посуду, так как даже малейшие примеси могут привести не только к срыву
опыта, но и к несчастному случаю. Рабочий стол следует содержать в чистоте и
ни в коем случае не загромождать посторонними предметами.
Студент всегда должен быть осведомлён о степени чистоты исходных
соединений, с которыми он работает. Существует следующая квалификация
реактивов: чистый (ч), чистый для анализа (чда), химически чистый (хч), особо
чистый (осч). В ряде случаев работа может вестись с техническими
продуктами (техн.). Физико-химические константы реактивов, не вошедших в
каталог Союзреактива, должны соответствовать приведённым в литературе.
Образующиеся при лабораторных работах отходы нельзя выбрасывать в
мусорные корзины или спускать в канализацию. Отработанные растворы
концентрированной серной кислоты сливают в одну бутыль, установленную в
вытяжном шкафу. Выливая в раковину разбавленные кислые или щелочные
растворы (1-2%), следует пускать сильную струю воды. Органические
растворители собирают в специально предназначенные для них бутыли.
Отходы металлического натрия и калия, которые могут вызвать пожар,
небольшими порциями растворяют в спирте (надеть защитную маску из
органического стекла или защитные очки!). Вещества, выделяющие ядовитые
газы, уничтожают, руководствуясь указаниями преподавателя.
Студенты должны научиться ясно и точно описывать проведённые ими
30
опыты. Для этого по каждой работе, выполненной в лаборатории, они
составляют отчёт, который заносится в рабочий журнал. Одна из форм ведения
рабочего журнала приведена в приложении.
Перед тем как приступить к выполнению лабораторной работы, следует
внимательно изучить пропись, по которой будет проводиться синтез, и
обратить особое внимание на вопросы техники безопасности. В рабочем
журнале указываются название препарата и литературный источник, откуда
взята пропись (руководство или журнал, том, страница, год и место издания).
Далее даются уравнения основного и побочных процессов, указываются
массовые и молярные соотношения реагирующих веществ, описывается
прибор, перечисляются главные этапы синтеза с указанием условий проведения
реакции (температура, продолжительность и т. д.) и методов контроля за её
течением, способ выделения и очистки синтезируемого вещества, выход его в
граммах и процентах от теоретически возможного.
Описание лабораторной работы ведётся в процессе её выполнения или
сразу же после окончания. При этом ведение черновиков не допускается. В
отчёт не следует переписывать использованные методики, описывается лишь
то, что было сделано в действительности. В отчёте должно быть отражено,
происходило ли в ходе реакции появление или исчезновение окраски или
осадка, выделение газа, самопроизвольное повышение температуры и т. д., как
контролировалось течение реакции, как определялся её конец, каков выход
неочищенного препарата. Если очистка вещества проводилась перегонкой, то в
отчёте указывают, какое количество вещества было взято для перегонки,
количество и массу выделенных фракций, температуру кипения. При описании
кристаллизации указывают количество взятого препарата и растворителя,
температуру плавления до и после кристаллизации, количество препарата,
полученного
после
кристаллизации.
Затем
описывают
физические
и
химические методы, использованные для идентификации синтезированного
вещества.
31
Найденные
для
синтезируемого
вещества
физические
константы
(температура кипения, температура плавления, плотность, коэффициент
преломления,
спектроскопические
характеристики)
сопоставляют
с
литературными данными, приведёнными в соответствующих справочниках.
4. ОСНОВНЫЕ ПРИЁМЫ И МЕТОДЫ РАБОТЫ
4.1. Измельчение и перемешивание
Измельчение. Необходимым этапом в осуществлении различных
лабораторных операций часто является измельчение твёрдых материалов.
Например, при проведении гетерогенных процессов за счёт измельчения
достигается
увеличение
поверхности
твёрдой
фазы,
что
приводит
к
возрастанию скорости реакции; измельчённое вещество быстрее растворяется;
измельчённый материал эффективнее экстрагируется и т. д. Измельчение
происходит путём дробления, размалывания или растирания. Выбор способа
измельчения зависит от механических и химических свойств материала.
Небольшие количества веществ обычно измельчают в ступках. Ступки
бывают металлические (медные или латунные), фарфоровые и агатовые. В
металлических ступках можно проводить дробление и растирание; фарфоровые
и агатовые ступки предназначены только для растирания. Растирание лучше
производить небольшими порциями, заполняя ступку на одну треть объёма.
Для измельчения больших количеств веществ служит шаровая мельница.
Перемешивание. К числу общеупотребительных приёмов лабораторной
техники относится перемешивание, которое используется при проведении
реакций как в гетерогенной, так и гомогенной средах.
Перемешивание осуществляется с помощью мешалок различных форм
(рис. 6). Для перемешивания в открытых сосудах пользуются мешалками,
согнутыми из стеклянной палочки.
32
При выполнении работ по синтезу органических соединений бывает
необходимо исключить утечку из реакционного сосуда паров растворителя или,
наоборот, проникновение в реакционную среду воздуха и паров воды. В этих
случаях
мешалку
герметизируют
с
помощью
затворов
различной
конструкции (рис. 7).
Рис. 6. Мешалки:
а, б, в – стеклянные (различной формы);
г – с двумя кольцами; д – лопастная;
е – якорная; ж – проволочная
(Хершберга)
Рис. 8. Прибор для
перемешивания:
1 – мотор; 2 – резиновый
шланг, соединяющий вал
мотора с мешалкой;
3 – трубка, фиксирующая
положение мешалки;
4 - мешалка
Рис. 7. Затворы для мешалок:
а – обычный (1 – резиновый шланг,
2 – направляющая трубка; 3 – мешалка);
б – ртутный (1 – резиновый шланг,
2 – запирающая жидкость, 3 – мешалка);
в – с цилиндрическим шлифом
Рис. 9. Магнитная мешалка:
1 – железный стержень в
капсуле; 2 – вращающийся
магнит; 3 – электромотор;
4 - корпус
33
Вращение мешалки обеспечивается электромотором, вал которого соединяется со стержнем мешалки коротким отрезком вакуумного шланга (рис. 8).
Скорость вращения регулируют лабораторным автотрансформатором.
Широкое применение получили магнитные мешалки (рис. 9). С их
помощью осуществляют перемешивание в герметически закрытых сосудах.
Содержимое колбы перемешивается заплавленным в стекло или пластмассу
железным стержнем. Вращение стержня обеспечивается магнитом, насаженным
на вал электромотора.
4.2. Нагревание и охлаждение
Бани
с
соответствующими
теплоносителями
используют
для
равномерного нагревания в определённом интервале температур.
Водяная баня применяется в тех случаях, когда достаточен нагрев не
выше 100ОС.
Водяная баня представляет собой металлическую кастрюлю, снабжённую
водомерной трубкой с воронкой для контроля за уровнем жидкости в бане и
доливания её по мере испарения. Сверху баня закрывается рядом съёмных
концентрических колец разного диаметра. С их помощью регулируют размер
отверстия, в которое помещают нагреваемый сосуд. Опускаемые в баню колбы
не должны касаться её стенок или дна. Пробирки помещают в баню в
специальных круглых штативах.
Масляная
баня
заполняется
более
высококипящим,
чем
вода,
теплоносителем (минеральным маслом, глицерином, силиконовой жидкостью),
что позволяет проводить нагревание в интервале температур 100 - 300°С (в
зависимости от вида теплоносителя). Контроль за температурой бани
осуществляют с помощью термометра, укреплённого так, чтобы ртутный
шарик находился на одном уровне с дном колбы. У масляной бани
«водомерная» трубка отсутствует.
34
При работе необходимо следить, чтобы в масляную баню не попала
вода, иначе может произойти вспенивание и разбрызгивание горячего
масла.
Песчаная баня позволяет получать более сильный нагрев по сравнению с
другими видами бань. Песчаная баня представляет собой кастрюлю без ручки и
крышки, заполненную наполовину чистым прокалённым песком.
Охлаждение.
Для
снижения
скорости
реакции,
инициирования
кристаллизации, а также при работе с термолабильными соединениями широко
используется охлаждение. Простейший способ состоит в том, что сосуд с
охлаждаемым веществом помещают в баню с холодной водой или льдом. Для
быстрого охлаждения небольших сосудов и пробирок их помещают под струю
водопроводной воды. Для достижения температур ниже 0°С используют
охлаждающие смеси, состоящие из льда и неорганических солей (табл. 2).
Таблица 2. Нижние границы температур охлаждения смесями на основе льда с
солями
Соль
KCl
NH4Cl
NaCl
CaCl2*6H2O
CaCl2*6Н2О
Масса соли, г / 100 г
льда
30
25
33
124
143
Температура, ОС
-11
-15
-21
-40
-55
Глубокое охлаждение (от -70 до -80 °С) достигается с помощью твёрдого
диоксида углерода (сухого льда). Охлаждаемую смесь помещают в баню с
ацетоном или спиртом, куда прибавляют кусочки сухого льда до достижения
нужной температуры. Для получения очень низкой температуры (до -180°С)
охлаждение производят сжиженными газами (жидким воздухом или азотом). В
последних двух случаях используют вместо бани сосуды Дьюара, т. е. сосуды с
двойными стенками, из внутреннего пространства которых откачан воздух.
35
Известным примером сосуда Дьюара служит внутренний сосуд бытового
термоса.
4.3. Фильтрование и центрифугирование
Фильтрование.
Простейшим
способом
отделения
жидкости
от
находящихся в ней частиц твёрдого вещества является декантация, т. е.
сливание жидкости с отстоявшегося осадка. Однако с помощью декантации
трудно отделить полностью жидкую фазу от твёрдой. Это достигается
фильтрованием – пропусканием жидкости с осадком через фильтрующий
материал. Существуют различные фильтрующие материалы и различные
способы фильтрования.
Наиболее распространённым фильтрующим материалом в лаборатории
является фильтровальная бумага. Из неё изготавливают бумажные фильтры.
Размер фильтра определяется массой осадка, а не объёмом фильтруемой
жидкости. Отфильтрованный осадок должен занимать не более половины
объёма
фильтра.
Перед
началом
работы
фильтр
смачивают
тем растворителем, который предстоит фильтровать. Во время фильтрования
уровень жидкости должен быть немного ниже верхнего края бумажного
фильтра.
Простой фильтр изготавливают из квадратного кусочка фильтровальной
бумаги, как это показано на рисунке 10, а.
Фильтр должен плотно прилегать к внутренней поверхности стеклянной
воронки.
Складчатый фильтр имеет большую фильтрующую поверхность, и
фильтрование через него идёт быстрее. При его изготовлении сложенный вдвое
простой фильтр складывают гармошкой, которую затем разворачивают
(рис. 10, б).
Если в растворе содержатся сильные кислоты или другие агрессивные
вещества, разрушающие бумагу, для фильтрования используют стеклянные
36
тигли с пористым стеклянным дном или стеклянные воронки с впаянными в
них пористыми стеклянными пластинками (рис. 10, в - д). Стеклянные фильтры
в соответствии с размером пор имеют четыре номера (маркировка сделана на
самом фильтре). Чем больше номер фильтра, тем меньше сечение пор и тем
более мелкие осадки можно на нём фильтровать.
Рис.10. Фильтры:
а – изготовление простого фильтра; б – изготовление складчатого фильтра;
в – фильтрующий тигель со стеклянной пористой пластинкой; г, д – воронки со
стеклянной пористой пластинкой
Простое фильтрование – это обычный способ фильтрования через
бумажный фильтр с использованием стеклянной воронки. Воронку вставляют в
кольцо, под неё ставят стакан или плоскодонную колбу для сбора
отфильтрованной жидкости (фильтрата). Носик воронки должен быть немного
опущен в приёмник и касаться его стенки. Фильтруемую жидкость переносят
на фильтр по стеклянной палочке.
Фильтрование в вакууме используют для ускорения и более полного
отделения осадка от фильтрата. Иногда этот процесс называют отсасыванием.
Обычный прибор для фильтрования в вакууме показан на рис. 11, а. В
плоскодонную толстостенную колбу Бунзена с помощью резиновой пробки
37
вставлена фарфоровая воронка Бюхнера, имеющая плоскую дырчатую
перегородку, на которую кладут бумажный фильтр. Фильтр вырезают по
размеру дна воронки. Вакуум создают водоструйным насосом. При ослаблении
напора в водопроводной сети вода из насоса может попасть в прибор. Во
избежание этого устанавливают предохранительную склянку.
Рис. 11. Фильтрование в вакууме:
а – обычный прибор (1 – колба
Бунзена; 2 – воронка Бюхнера; 3 –
бумажный фильтр; 4 – предохранительная склянка; 5 – водопроводный кран; 6 – водоструйный
насос; 7 – трёхходовой кран); б –
прибор для фильтрования на
шлифах; в – прибор для фильтрования на воронке с гвоздиком
При проведении фильтрования в вакууме соблюдается определённая
последовательность операций. Вначале подключают водоструйный насос и
присоединяют его к системе.
Затем смачивают фильтр небольшим количеством того растворителя,
который предполагается фильтровать. Если при фильтровании возникает
свистящий звук, то это указывает на неплотно прилегающий или прорвавшийся
фильтр. В этом случае фильтр заменяют. Собранный на фильтре осадок
отжимают стеклянной пробкой, пока из воронки не перестанет капать
маточный раствор.
Если осадок на воронке Бюхнера требуется промыть, то сперва
соединяют колбу Бунзена с атмосферой (это удобно делать с помощью
трёхходового крана), затем осадок пропитывают промывающей жидкостью и
фильтруют, вновь подключив вакуум. После окончания фильтрования сперва
отключают всю систему от вакуума и лишь после этого выключают
водоструйный насос.
Для фильтрования в вакууме небольших количеств веществ применяют
прибор на шлифах со стеклянным фильтром (рис. 11, б) или воронку со
38
стеклянным гвоздиком (рис. 11, в). На шляпку гвоздика кладут бумажный
фильтр несколько большего диаметра, чем размер шляпки.
Центрифугирование. Этот метод пригоден для отделения аморфных
рыхлых осадков.
Центрифуга представляет собой прибор, в котором используется принцип
центробежных сил. Ротор центрифуги насажен на вертикальный вал
электромотора и снабжён гнёздами для пробирок, в которые помещают
подлежащую центрифугированию взвесь. При быстром вращении ротора
происходит оседание взвешенных частиц (седиментация) и их уплотнение в
виде осадка на дне центрифужной пробирки.
4.4. Высушивание
Под высушиванием обычно понимают удаление воды, хотя в более
широком смысле это и удаление остатков органических растворителей из
твёрдых вешеств. Высушиванию подвергают газы, жидкости и твёрдые
вещества. Высушивание можно осуществлять с помощью физических или
химических способов.
Высушивание физическими способами заключается в пропускании через
высушиваемое вещество сухого газа (воздуха), нагревании или выдерживании
его в вакууме, охлаждении (вымораживании), дробной перегонке, азеотропной
перегонке и т. д.
Химические высушивающие средства можно подразделить на вещества,
образующие с водой гидраты (например, серная кислота, хлорид кальция,
сульфаты меди, кальция, магния, натрия), и вещества, реагирующие с водой с
образованием других соединений (например, оксид фосфора(V), оксид кальция,
металлический натрий, магний, гидрид кальция и др.).
При выборе высушивающих средств необходимо руководствоваться
правилом, что осушитель не должен реагировать с осушаемым веществом.
39
Так, применение концентрированной серной кислоты ограничено из-за её
взаимодействия со многими органическими веществами (аминами, спиртами и
др.), щёлочи нельзя использовать для высушивания веществ кислотного
характера. Один из наиболее распространённых осушителей – безводный
хлорид кальция – способен образовывать комплексные соединения с такими
веществами, как спирты, амины, аминокислоты, амиды. Осушитель для
веществ неизвестного строения следует выбирать с большой осторожностью.
Наиболее употребимые осушители и классы органических соединений, для
которых они применимы, представлены в табл. 3.
Таблица 3. Осушители, рекомендуемые для различных классов
органических веществ
Высушиваемые вещества
Алканы, циклоалканы, арены,
простые эфиры
Галогеналканы и галогенарены
Спирты
Альдегиды и кетоны
Органические основания
Органические кислоты
Осушители
СaСl2, Na2SO4, MgSO4, Na, CaH2
CaCl2, Na2SO4, MgSO4
K2CO3, Na2SO4, MgSO4, CaO, Mg, CaH2
Na2SO4, MgSO4
K2CO3, KOH, NaOH
Na2SO4, MgSO4
4.5. Концентрирование растворов
Растворитель можно удалить с помощью простой или вакуумной
перегонки. Наиболее эффективным способом для упаривания и концентрирования является роторный испаритель (рис. 12). В нём осуществляется
упаривание жидкости в вакууме.
Производительность лабораторного роторного испарителя достаточно
велика (за 1 ч можно упарить до 1 л воды при температуре 35-40°С).
Роторный испаритель через предохранительную склянку соединяют с
водоструйным насосом. Необходимо строго соблюдать последовательность
40
операций при включении и выключении прибора. Сперва пускают воду в
холодильник и включают водоструйный насос. Затем присоединяют к прибору
испарительную колбу. Кран, соединяющий прибор с атмосферой, закрывают и
включают мотор, вращающий испарительную колбу. Скорость вращения
меняют с помощью регулятора. Колбу погружают в терморегулируемую
водяную баню. При вращении колбы на её стенках образуется тонкая плёнка
жидкости,
что
обеспечивает
эффективное
испарение.
Пары
жидкости
конденсируются в холодильнике и поступают в колбу-приёмник. Выключают
роторный испаритель в обратном порядке.
Рис. 12. Роторный испаритель: 1 – водяная баня с терморегулятором;
2 – вращающаяся колба с раствором; 3 – электромотор; 4 – привод;
5 – холодильник; 6 - приёмник
Вопросы и упражнения
1. Назначение затвора к механическим мешалкам.
2. В каком температурном интервале можно использовать глицериновую
баню? Силиконовую баню?
3. Почему колбу Бунзена оборачивают снаружи полотенцем или густой сеткой?
41
4. Предложите методику высушивания газов от водяных паров; органических
растворителей от воды; твёрдых веществ от следов органических
растворителей.
5. Объяснить высокую эффективность роторного испарителя, используемого
для упаривания растворителей.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
5.1. Лабораторная работа №1 “Определение физических констант
веществ”
Опыт 1. Определение температуры плавления
Теоретическая часть
Температура
является
плавления
физической
константой
индивидуального вещества и определяется для каждого нового, впервые
полученного соединения. В этом случае вещество подвергается многократной
очистке различными методами (перекристаллизация из разных растворителей,
возгонка, вакуумная перегонка и т.д.) и после каждой определяется температура плавления. Фиксируется максимальная величина, не изменяющаяся после
очистки различными методами. Обычно определение температуры плавления
ведут в капилляре, опущенном вместе с термометром в нагреваемый сосуд.
Приборы могут быть различной конструкции (рис. 13).
Рис. 13. Приборы для определения температуры плавления:
а – прибор Тиле с естественной циркуляцией жидкости (часть между точками А и Б
обматывают тонким асбестовым картоном); б и в – упрощённые приборы; г – схема
крепления капилляра к термометру; д – сечение пробки для термометра
42
В качестве теплоносителя в зависимости от измеряемой температуры
плавления можно использовать глицерин (до 150°С), безводную серную
кислоту (до 300°С).
Экспериментальная часть
Хорошо измельчённое в порошок вещество собирают горкой в ступке и
свободным концом капилляра набирают вещество, которое смещают к
запаянному концу осторожным постукиванием о стол, а затем утрамбовывают,
бросая капилляр через вертикально поставленную на стол стеклянную трубку
высотой 90-100 см.
При необходимости процесс повторяют до тех пор, пока уплотнённый
слой не будет занимать 2-2,5 мм.
Капилляр прикрепляют к термометру резиновым колечком так, чтобы
столбик вещества в капилляре находился на уровне середины шарика
термометра.
Нагревание проводят таким образом, чтобы скорость повышения
температуры вблизи точки плавления не превышала 0,5°С в минуту, и
фиксируют температуру плавления вещества в интервале температур от
момента появления в капилляре первой капли расплава до полного
исчезновения твёрдой фазы. Например: Тпл. 76-76,5°С.
Определить температуры плавления следующих веществ:
1) бензохинон; 2) щавелевая кислота; 3) пирослизиевая кислота; 4) бензойная
кислота; 5) бензанилид; 6) гидрохинон; 7) трибромфенол; 8) нафталин.
Чистое вещество плавится в очень узком интервале температур
(0,2 – 0,5°С), а наличие даже небольшого количества примесей приводит к
расширению температурного интервала до 2-3°С с одновременным
понижением температуры плавления.
43
Опыт 2. Определение температуры кипения
Теоретическая часть
Определение температуры кипения проводят при перегонке жидкости.
Чистая жидкость кипит при постоянной температуре, если не меняется внешнее
давление.
Рис. 14. Прибор для простой перегонки:
1 – насадка Вюрца; 2 - алонж
Прибор для перегонки (рис. 14) собирают из колбы Вюрца, холодильника,
алонжа, приёмника и термометра, шарик ртути которого должен находиться
ниже отверстия отводной трубки примерно на 0,5 см и полностью омываться
парами, к тому же он не должен касаться стенок горла колбы. К боковой трубке
присоединяют нисходящий холодильник (Либиха).
Пары конденсирующейся жидкости в трубке и вода в кожухе холодильника двигаются противотоком.
При перегонке веществ с температурой кипения 120...160°С охлаждение
производят непроточной водой или в холодильнике Либиха без воды. Вещества
с температурой кипения выше 160°С перегоняют с воздушным холодильником.
В качестве приёмника можно использовать любые колбы, но лучше
плоскодонные. Если жидкость перегоняется после осушки, то алонж снабжают
хлоркальциевой трубкой и с приёмником соединяют герметически плотно.
Перегонную колбу заполняют жидкостью не более чем на 3/5 её объёма.
44
В тех случаях, когда вещество кипит при очень высокой температуре или
при температуре кипения претерпевает какие-либо изменения, перегонку ведут
при пониженном давлении (в вакууме). Процесс осуществляют на установке
(рис. 15), включающей специальную перегонную колбу (Клайзена, Фаворского)
с термометром и капилляром, холодильник, алонж типа «паук», ртутный
манометр, предохранительную склянку, трёхходовой кран и вакуумный насос.
Вакуум можно создать водоструйным (до 0,5-0,8 кПа, или 4-6 мм рт. ст.) и
масляным (до 0,07-0,13 кПа, или 0,5-1,0 мм рт. ст.) насосом.
.
Рис. 15. Прибор для перегонки в вакууме:
1 – насадка Кляйзена; 2 - алонж
Экспериментальная часть
Собирают установку для перегонки жидкостей (рис. 14), в круглодонную
колбу заливают 100-150 мл ацетона, бензола или этанола (по указанию
преподавателя), опускают кипелки для равномерного кипения и нагревают на
водяной, масляной бане или в колбонагревателе.
Температура бани, которую контролируют отдельным термометром, не
должна превышать температуру кипения перегоняемого вещества более чем на
20°С. Нормальной скоростью перегонки считается такая, при которой
45
конденсат стекает из холодильника со скоростью 30-40 капель в 1 мин.
Поскольку во время перегонки давление обычно отличается от нормального
(0,1 МПа, или 760 мм рт. ст.), следует всегда отмечать в журнале, при каком
давлении она проводилась. Для многих жидкостей в справочных таблицах
содержатся поправки к температурам кипения при разных давлениях.
Фиксируют температуру начала и окончания кипения жидкости по
термометру, конец которого омывается парами жидкости.
Например: Ткип 78-78,5°С.
Сопоставляют экспериментально определённую температуру кипения с
литературными данными.
Опыт 3. Определение показателя преломления
Теоретическая часть
Когда свет попадает из менее плотной среды (вакуума или воздуха) в
более плотную, он изменяет своё направление (рис. 16). Показателем
преломления п называется отношение синуса угла падения i луча к синусу угла
преломления r:
п = sin i / sin r
Рис. 16. Ход лучей из
менее плотной среды
в более плотную
Рис. 17. Рефрактометр ИРФ- 454:
1 – направляющая; 2 – блок
рефрактометрический; 3 – штуцер; 4 –
крючок; 5 – шкала; 6 – нониус;7 – штуцер;
8 – рукоядка; 9 – штуцер; 10 – шарнир;11 –
зеркало; 12 – штуцер; 13 – направляющая;
14 – заслонка; 15 – зеркало
46
При
определении
показателя
преломления
газообразных
веществ
стандартной средой является вакуум, для жидких и твёрдых – воздух, так как
различие между ним и вакуумом здесь становится несущественным.
Определение
показателя
преломления
осуществляют
с
помощью
рефрактометров.
Одна из моделей рефрактометра (ИРФ-454) представлена на рис. 17.
Обычно показатель преломления света приводится для спектральной
линии жёлтого натриевого пламени (D-линия с длиной волны 589 нм). Запись
значения показателя преломления сопровождают указанием длины волны
(подстрочный индекс) и температуры (надстрочный индекс), например
.
Повышение температуры на 1°С, как правило, приводит к уменьшению
величины показателя преломления на 0,0005 и наоборот. Этим правилом можно
пользоваться при необходимости сопоставления результата измерения со
справочными
данными,
если
определения
выполнены
при
различных
температурах. Показатель преломления определяют с точностью до 0,0001.
Экспериментальная часть
На
рефрактометре
определяют
показатель
преломления
дистиллированной воды, ацетона, изопропанола, бензола, бутанола-1, толуола,
гексана, этилацетата с точностью до 0,0001.
Например:
= 1,3333.
Сопоставляют экспериментально определённые значения показателя
преломления с литературными данными.
Опыт 4. Определение плотности
Теоретическая часть
Плотность вещества определяют, как правило, при 20°С и относят её к
плотности дистиллированной воды при 4°С. Поэтому в литературе обычно
встречается обозначение плотности
. Для измерения плотности применяют
ареометры и пикнометры. Ареометры представляют собой запаянные с обоих
концов стеклянные трубки с расширением книзу, которое частично заполнено
дробью (рис. 18, а, б). В верхней узкой части ареометра имеется шкала с
делениями, позволяющая определять плотность с точностью до 0,001 г/см3.
Плотность вещества с точностью до 0,0001 г/см3 можно измерить с
помощью
пикнометра,
который
представляет
собой
маленькую
мерную колбу вместимостью от 1 до 10мл (рис. 18, в).
Рис. 18. Прибор для
определения плотности:
а – ареометр; б – ареометр с
впаянным термометром;
в - пикнометр
Чистый и сухой пикнометр взвешивают, заполняют дистиллированной
водой, термостатируют при фиксированной температуре и вновь взвешивают.
Воду удаляют и, заполнив высушенный пикнометр исследуемой жидкостью,
определяют её массу (также при фиксированной температуре). Отношение
полученной массы к массе воды в объёме пикнометра, приведённой к 4°С,
соответствует плотности исследуемого вещества.
Экспериментальная часть
Определяют плотность дистиллированной воды, ацетона, изопропанола,
бензола, бутанола-1, толуола, гексана, этилацетата.
48
Испытуемую жидкость наливают в цилиндр, в который должен свободно
погружаться ареометр, не касаясь стенок. Ареометр не следует выпускать из
рук, пока не станет очевидно, что он плавает. Он не должен касаться дна.
Отсчёт производят по верхнему мениску жидкости. Удобны ареометры с
вмонтированными в них термометрами, что позволяет одновременно с
определением плотности фиксировать и температуру измерения.
Например:
= 0,982 г / см3.
Сопоставляют экспериментально найденные и литературные значения
плотности исследуемого раствора.
Опыт 5. Определение удельного вращения
Теоретическая часть
Важным
методом
исследования
хиральных
соединений
является
поляриметрия, в основе которой лежит способность хиральных молекул
отклонять плоскость поляризованного света при его прохождении через
раствор
оптически
активного
вещества.
Угол
вращения
плоскости
поляризованного света а является характеристической величиной для данного
вещества и зависит не только от природы вещества, но и от длины волны
поляризованного света, температуры, природы растворителя, концентрации
раствора и толщины слоя, через который проходит луч света. Для возможности
сравнения получаемых экспериментальных данных рассчитывают удельное
вращение [а], т. е. величину вращения раствора с концентрацией 1 г в l мл при
толщине слоя раствора 1 дм. Расчёт [а] проводят по формуле [а] = а / (cl), где
а – наблюдаемая величина угла вращения исследуемого раствора, с – концентрация раствора, г/мл; l – длина поляриметрической трубки, дм. При записи
удельного вращения в виде подстрочного индекса указываются длина волны
поляризованного света (обычно D – линия натрия с длиной волны 589 нм) и в
виде
надстрочного
индекса
определение, например
температура,
при
которой
проводилось
. Оптическое вращение определяют с помощью
49
прибора поляриметра, изображённого на рис. 19.Поляриметр в разрезе
изображён на рис. 20.
Рис. 19. Общий вид поляриметра
Общие указания по эксплуатации
Время непрерывной работы поляриметра не более четырёх часов с
последующим перерывом не менее одного часа. Срок службы поляриметра
шесть лет, включая ремонты.
Порядок работы
1. Поляриметр включить в сеть переменного тока. Вращением втулки
установить окуляр так, чтобы видеть резкое изображение линии раздела
полей сравнения.
2. Проверить правильность расположения лампы путём прикладывания
матированного стекла или сигаретной бумаги к втулке анализатора.
3. Выходная диафрагма должна быть равномерно освещена. Если освещение
неравномерно, снять крышку и отъюстировать осветитель.
4. Вращением анализатора можно уравнять яркости полей сравнения при
больших и меньших яркостях, но измерения проводить только при
чувствительном положении анализатора, которое характеризуется тем, что:
 поля сравнения уравнены при меньших яркостях;
 незначительное вращение анализатора вызывает резкое нарушение равенства
яркостей полей сравнения.
50
Рис.20. Общий вид поляриметра в разрезе:
1 – тумблер для включения натриевой лампы; 2, 3, 4, 9 – крышки;
5 – кювета; 6 – корпус; 7 – головка анализатора с линейным
поляризатором; 8 – основание в сборе
Чистка кювет и наполнение исследуемым раствором. Перед началом
измерений кювету необходимо тщательно прочистить. С этой целью через
трубку кюветы протолкнуть пробку из фильтровальной бумаги, пропитанной
спиртом. Покровные стекла протереть салфеткой, смоченной в спирте. Перед
наполнением кюветы раствором на один конец трубки положить покровное
стекло и резиновую прокладку, прижать втулкой и затянуть гайкой.
Наполнять кюветы раствором до тех пор, пока на верхнем конце кюветы
не появится выпуклый мениск. Этот мениск сдвинуть в сторону при помощи
покровного стекла. Затем на покровное стекло положить резиновую прокладку,
прижать втулкой и затянуть гайкой.
Гайку затянуть так, чтобы не было натяжений в покровных стёклах и
кювета не подтекала.
После наполнения кюветы исследуемым раствором покровные стёкла с
наружной стороны должны быть тщательно протёрты мягкой салфеткой.
В кювете не должно оставаться воздушных пузырьков. Если они
имеются, то их необходимо наклонами завести в утолщённую часть кюветы,
чтобы они не мешали наблюдению.
Определение угла вращения плоскости поляризации оптически
активным раствором. Определение нулевого отсчёта производят с кюветой,
наполненной дистиллированной водой. Вращением втулки наблюдательной
51
трубки установить окуляр по глазу на резкое изображение линии раздела полей
сравнения. После этого, вращая ручку, повернуть анализатор и добиться
равенства яркостей полей сравнения в чувствительном положении. При этом в
поле зрения не должно наблюдаться окрашивания частей поля зрения и не
должно быть заметно резкого выделения стороны хроматической фазовой
пластинки. Если в поле зрения наблюдается окрашивание, то необходимо
немного отжать покровные стёкла кюветы. Резкое выделение стороны
хроматической фазовой пластинки может происходить от неправильной
установки лампы.
Установку на равномерную яркость полей сравнения повторить пять раз
со снятием отсчётов по шкале лимба и отсчётного устройства и вычислением
среднего арифметического значения. Полученное значение является нулевым
отсчётом.
Оптически активные растворы, которые подлежат исследованию, должны
быть прозрачными, не иметь взвесей. Для определения угла вращения
плоскости поляризации кювету 5 (см. рис. 20.) исследуемым раствором
поместить в кюветное отделение поляриметра и закрыть крышкой 4. Затем
установить втулкой окуляр наблюдательной трубки по глазу на резкое
изображение линии раздела полей сравнения.
Плавным и медленным поворотом анализатора установить равенство
яркостей полей сравнения и снять отсчёт следующим образом: определить, на
сколько градусов повернута шкала лимба по отношению к шкале первого
отсчётного устройства, затем по штрихам первого и второго отсчётных
устройств, совпадающим со штрихами шкалы лимба, отсчитать доли градуса.
Величина отсчета по нониусу 0,02°.
Оцифровка отсчётного устройства: «10» соответствует 0,10°; «20»
соответствует 0,20° и т. д.
К числу градусов, взятых по шкале лимба первого отсчётного устройства,
прибавить средний арифметический отсчёт по шкале первого и второго
52
отсчётного устройства. Таких наводок сделать пять и взять среднее
арифметическое из них. Из полученного среднего арифметического отсчёта
вычесть нулевой отсчёт.
Пример
1.
При
определении
нулевого
положения
с
кюветой,
наполненной дистиллированной водой, был получен результат 0,06°, а после
ввода кюветы, наполненной исследуемым раствором, получен отсчёт 3,56°.
Разность в отсчётах между конечной и начальной установками равна углу
вращения плоскости поляризации исследуемого раствора: 3,56° - 0,06° = 3,50°.
Пример 2. После ввода кюветы, наполненной исследуемым раствором с
левым вращением, был получен результат 357,14°. В этом случае нулевой
отсчет следует принять равным 360,06°. Разность между конечным и нулевым
отсчётом равна углу вращения плоскости поляризации исследуемого раствора:
357,14° - 360,06° = - 2,92°.
Примечание. Если температура окружающей среды отличается от (20 ± 3)°С,
то для обеспечения измерения с погрешностью ±0,04° необходимо учитывать
зависимость угла вращения плоскости поляризации от температуры.
Эта зависимость различна для различных веществ и может быть
определена опытным путём.
Экспериментальная часть
Определить концентрации растворов оптически активных веществ
(сахароза, глюкоза, фруктоза) по величине угла вращения плоскости
поляризации света. Для этого заполнить кювету выданным раствором,
поместить в поляриметр и измерить угол поворота плоскости поляризации
света. Формула для расчёта дана в теоретической части.
Удельный угол вращения плоскости поляризации составляет:
сахароза
+66,5°; глюкоза +52,5°; фруктоза -92,0°.
Концентрация раствора должна быть выражена в размерности г/мл.
53
Вопросы и упражнения
1. Повышают или понижают температуру плавления индивидуального
вещества находящиеся в нём примеси?
2. Повышают
или
понижают
температуру
кипения
индивидуального
вещества присутствующие в нём примеси?
3. Назначение аллонжа типа «паук» и стеклянного капилляра для процесса
вакуумной перегонки.
4. Каким образом влияет на плотность, показатель преломления и удельное
вращение
температура
раствора?
Подтвердите
свой
вывод
экспериментально.
5.2. Лабораторная работа №2 “Разделение и очистка веществ”
Разделение и очистка веществ осуществляются перекристаллизацией,
возгонкой, экстракцией, перегонкой, хроматографией.
Опыт 1. Перекристаллизация
Теоретическая часть
Метод основан на том, что большинство веществ растворяется при
нагревании лучше, чем на холоде, и вещества различаются по растворимости в
одном и том же растворителе. При охлаждении горячего насыщенного раствора
вещество выделяется в виде кристаллов, содержание примесей в которых
меньше, чем в исходном растворе. Таким образом, происходит очистка
основного вещества от примеси.
Успех кристаллизации во многом зависит от правильного выбора
растворителя. Растворимость вещества в выбранном растворителе при
нагревании и на холоду должна существенно различаться. Для выбора
растворителя пользуются справочными данными о растворимости очищаемого
вещества
или
проводят
подбор
опытным
54
путём.
Желательно,
чтобы
температура кипения растворителя была на 10-15°С ниже температуры
плавления вещества. В противном случае вещество может выделиться в виде
масла (расплава).
Когда не удаётся подобрать индивидуальный растворитель, кристаллизацию проводят из смеси растворителей.
Если при охлаждении вещество не выделяется из раствора, то создают
искусственные центры кристаллизации, добавляя несколько кристалликов того
же вещества (затравку) или потирая стеклянной палочкой о стенки сосуда. При
медленном охлаждении образуются хорошо оформленные кристаллы, а при
быстром охлаждении и перемешивании – мелкие. При быстрой кристаллизации
может произойти осаждение основного вещества с примесями.
Экспериментально
растворение
осуществляют на установке, изображённой на рис.21.
Если растворителем является вода,
то растворение можно проводить в
конической
плоскодонной
колбе
без
обратного холодильника. Если вещество
содержит окрашенные примеси, в колбу
для
перекристаллизации
добавляют
немного (на кончике шпателя) активированного угля, кипятят несколько минут
Рис.21. Прибор кристаллизации:
1 – колба; 2 – обратный холодильник;
3 – баня; 4 - кипелки
и подвергают горячему фильтрованию.
Фильтрат
охлаждают,
а
выпавшие
кристаллы отфильтровывают на воронке
Бюхнера, промывают небольшим количеством холодного растворителя и
сушат.
Чистоту полученного продукта устанавливают по его температуре
плавления и сравнивают с литературными данными.
55
Экспериментальная часть
Навеску загрязнённого вещества (бензойная кислота, салициловая
кислота, пирослизиевая кислота, щавелевая кислота) массой 1 г помещают в
коническую колбу, добавляют к нему небольшое количество воды (~30 мл),
нагревают на электроплитке до кипения и небольшими порциями добавляют
воду до полного растворения осадка. Содержимое колбы охлаждают на ледяной
бане, через 30 мин выпавшие кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера
или Шотта. Осадок на воронке промывают небольшим количеством ледяной
воды и сушат на воздухе. Определяют температуру плавления вещества до и
после перекристаллизации и сопоставляют экспериментальные данные с
литературными.
Опыт 2. Возгонка (сублимация)
Теоретическая часть
Возгонкой
называют
процесс
испарения
твёрдого
вещества
с
последующей конденсацией паров в твёрдую фазу, минуя жидкую. Возгонке
подвергаются лишь те вещества, упругость пара, которых в твёрдом состоянии
достаточно велика при температуре ниже их температуры плавления. Давление
паров увеличивается при нагревании, поэтому скорость возгонки возрастает с
повышением
определённого
температуры.
предела
во
Однако
повышать
избежание
температуру
разложения
можно
вещества.
до
Снизить
температуру возгонки можно, проводя процесс в вакууме.
В лабораторной практике используют различные способы возгонки. В
простейшем случае берут фарфоровую чашку и воронку с диаметром,
несколько меньшим диаметра чашки (рис.22, а) Носик
воронки затыкают
ватой. Хорошо измельчённое и высушенное вещество помещают на дно чашки
тонким ровным слоем. Для предотвращения падения возогнанного вещества
обратно в чашку, её накрывают кружком фильтровальной бумаги с
отверстиями. Чашку медленно нагревают на песчаной бане. Для лучшей
56
конденсации паров вещества на внешнюю поверхность воронки кладут мокрый
лист фильтровальной бумаги или оборачивают её мокрой ватой.
Для
конденсации
паров
можно использовать круглодонную колбу, через которую с помощью двух трубок пропускают
ток холодной воды (рис. 22, б).
Для
проведения
возгонки
в
вакууме используют прибор на
Рис. 22. Приборы для возгонки:
а – фарфоровая чашка с воронкой (1 – возгоняемое
вещество, 2 – очищенное вещество, 3 – кружок
фильтровальной бумаги с отверстиями); б – стакан
с колбой (1 – возгоняемое вещество, 2 – очищенное вещество); в – для вакуумной возгонки с
пальчиковым холодильником (1 – возгоняемое
вещество,
шлифах, снабжённый пальчиковым холодильником (рис. 22, в).
Преимущество
возгонки
заключается в снижении потерь
очищаемого
вещества.
Так,
потери при перекристаллизации не только неизбежны, но обычно во много раз
превышают то количество примесей, которое должно быть удалено.
Напротив, при возгонке нередки случаи, когда выход чистого продукта
достигает 98-99%. Поэтому применение возгонки особенно желательно при
работе с малыми количествами веществ.
Экспериментальная часть
Используя установку, изображённую на рис. 22, а, осуществить возгонку
технического нафталина, бензойной кислоты и гидрохинона. Для этого 0,3-0,4 г
технического продукта помещают в маленькую фарфоровую чашку и накрывают стеклянной воронкой. Чашку слабо нагревают на песочной бане, не допуская плавления веществ. При этом очищенное вещество возгоняется и оседает в
виде игл на стенках воронки. После охлаждения чашки извлекают очищенное
возгонкой вещество. Определяют температуру плавления веществ до и после
возгонки и сопоставляют экспериментальные данные с литературными.
57
Опыт 3. Экстракция
Теоретическая часть
Экстракция применяется для очистки веществ или разделения смеси
веществ. Экстракцией (или извлечением) называют процесс перевода вещества
из одной жидкой или твёрдой фазы в другую жидкую фазу. Экстракция может
осуществляться в двух режимах: периодическом и непрерывном.
В
системе
из
двух
несмешивающихся
жидкостей
вещество
распределяется между двумя жидкими фазами в соответствии с законом
распределения Нернста. Чем больше разница в растворимости, тем большее
количество вещества находится в одной из фаз. Растворитель для экстракции
вещества из жидкой фазы (экстрагент) должен растворять вещество лучше, чем
жидкость, в которой оно растворено.
Экстракцию органических веществ проводят из водных растворов. Для
этих случаев рекомендуются такие экстрагенты, как петролейный эфир, бензол,
толуол, хлороформ, растворимость которых в воде менее 1%. Часто
применяемые в этих целях диэтиловый эфир, этилацетат, бутанол ограниченно
растворимы в воде (7-8%).
Периодическая экстракция проводится в делительной воронке, куда
помещают раствор экстрагируемого вещества и добавляют к нему экстрагент в
количестве не более трети объёма образца. При этом делительная воронка
должна быть заполнена не более чем на две трети объёма. Воронку закрывают
пробкой и содержимое встряхивают, придерживая пробку и кран. При
встряхивании внутри воронки может возникнуть небольшое избыточное
давление. Поэтому для уравнивания давления периодически, повернув воронку
краном вверх, открывают кран и эту операцию повторяют, пока не перестанет
возникать избыточное давление.
Только после этого воронку сильно встряхивают в течение 1-2 мин и
закрепляют в штативе, давая возможность наиболее полно разделиться двум
фазам. После разделения фаз нижний слой выпускают через кран воронки,
58
предварительно открыв пробку. Верхний слой сливают через горло воронки.
Для более полного извлечения экстракцию повторяют несколько раз
небольшими порциями свежего экстрагента.
Экспериментальная часть
Осуществить выделение фенола посредством экстракции его из водной
фазы с помощью хлороформа. Для этого готовят ~ 5%-ный раствор фенола в
воде объёмом около 10 мл и помещают в делительную воронку, приливают 5
мл хлороформа и встряхивают. Хлороформенный экстракт фенола после
отстаивания будет находиться в нижнем слое, а вода – в верхнем. Нижний
органический слой выпускают через кран воронки, а верхний водный слой
сливают через горло воронки. Высушить органический слой прокалённым
CaCl2 и отогнать растворитель на роторном испарителе или обычной
перегонкой.
Опыт 4. Перегонка
Теоретическая часть
Перегонкой называют процесс, в ходе которого вещество нагревают до
кипения, образовавшийся пар отводят и конденсируют. С помощью перегонки
осуществляют очистку и разделение летучих веществ, как правило, жидкостей.
Перегонка применима лишь тогда, когда перегоняемое вещество устойчиво при
температуре кипения. Перегонку проводят как при атмосферном давлении, так
и в вакууме.
Перегонка бывает простая и фракционная. Простая перегонка эффективна
в тех случаях, если температуры кипения входящих в состав смеси веществ
существенно различаются (не менее чем на 80ºС).
Установка для простой перегонки и её проведение описаны в
лабораторной работе 1 (опыт 2).
59
В случае смеси более близкокипящих жидкостей паровая фаза всегда
содержит оба компонента, и для разделения таких смесей используют
фракционную перегонку.
Фракционную перегонку проводят в приборе, похожем на прибор для
простой перегонки, но снабжённом дефлегматором (рис. 23).
Сущность действия дефлегматора состоит в том, что при прохождении паров происходит их охлаждение на стенках дефлегматора и
частичная конденсация в первую
очередь более высококипящего компонента. Конденсирующиеся пары в
виде жидкости (флегмы) стекают
обратно
в
перегонную
(отсюда
и
возникло
колбу
название
Рис. 23. Прибор для фракционной перегонки:
1 – баня; 2 – кипелки; 3 – перегонная колба;
дефлегматора). Процесс повторяется
4 – дефлегматор; 5 – насадка Вюрца; 6 – термомногократно, и это обеспечивает
метр; 7 – холодильник Либиха; 8 – аллонж с
отводом; 9 – хлоркальциевая трубка; 10 – колба
высокую эффективность разделения
приёмник
компонентов смеси. Для исключения контакта перегнанного вещества с влагой
воздуха иногда используется аллонж с тубусом (отводной трубкой). Аллонж
герметично соединён с колбой-приёмником, а тубус – с хлоркальциевой
трубкой (см. рис. 23). Хлоркальциевые трубки предотвращают попадание паров
влаги во внутреннее пространство прибора или сосуда, обеспечивая при этом
сообщение с атмосферой. Хлоркальциевая трубка имеет шарообразное
утолщение, в которое между двумя ватными тампонами помещают кусочки
безводного хлорида кальция или другого подходящего осушителя.
И простая перегонка, и перегонка с дефлегматором (фракционная) могут
осуществляться как при атмосферном давлении, так и под вакуумом.
60
Экспериментальная часть
Собрать установку для фракционной перегонки, изображённую на
рис. 23, и осуществить очистку бензола, этанола или хлороформа перегонкой.
Для этого 100 – 150 мл растворителя загружают в колбу, заполняя её не
более чем на ⅔ объёма.
Перегонку
нельзя
проводить
досуха.
В
колбе
всегда
должно
оставаться немного жидкости.
В течение всей перегонки индивидуального вещества температура паров
должна
оставаться
постоянной.
Если
в
ходе
перегонки
температура
поднимается, значит перегоняется смесь веществ. В начальный момент
перегонки температура обычно бывает ниже ожидаемой. Это может быть
связано либо с инерцией ртутного термометра, либо с тем, что в первый момент
отгоняются более летучие примеси.
Поэтому первые порции дистиллята (до достижения постоянной температуры перегонки) собирают отдельно и отбрасывают. После того как температура установилась, собирают основную фракцию вещества. Как только температура вновь начинает возрастать, приёмник меняют для сбора другой фракции.
В рабочем журнале записывают температуру кипения и объём каждой
фракции.
Опыт 5. Тонкослойная и колоночная хроматография
Теоретическая часть
По технике выполнения и аппаратурному оформлению различают
тонкослойную, колоночную, бумажную и другие виды хроматографии.
Тонкослойная хроматография (ТСХ). ТСХ – один из эффективных и
быстрых методов хроматографического анализа. Механизм разделения может
быть различным, но в большинстве случаев он является адсорбционным.
Хроматографирование осуществляется на пластинке, равномерно покрытой
слоем сорбента. Различают незакреплённый и закреплённый слои сорбента.
61
Размер частиц сорбента обычно 5-40 мкм.
Приготовление хроматографических пластинок с незакреплённым
слоем сорбента осуществляют непосредственно перед работой. Для этого
используют специальный валик (с утолщениями по краям), проводя которым
(но не прокатывая) по сорбенту, насыпанному на стеклянную пластинку,
получают слой определенной толщины. Такой слой сорбента легко повреждается и даже может ссыпаться со стекла, что является неудобным в работе.
Пластинки с закреплённым слоем сорбента более удобны в обращении.
Существуют готовые пластинки с закреплённым слоем, например пластинки
«Силуфол» с силикагелем, нанесённым на алюминиевую фольгу.
Нанесение пробы – это важный этап, обеспечивающий качество
хроматограммы. Анализируемую пробу наносят с помощью капилляра на
пластинку на расстоянии 6 – 8 мм от её края в виде раствора, желательно в
неполярном и легко испаряющемся растворителе. Важными факторами
являются количество наносимого вещества и компактность пятна наносимого
раствора. В случае слишком большого количества образца адсорбционной
ёмкости сорбента может оказаться недостаточно, и вещество, которое не
сможет полностью сорбироваться, будет просто растворяться в элюенте, а не
десорбироваться в процессе хроматографирования. В этом случае, как и при
нанесении раствора в виде большого пятна, получаются слишком вытянутые
пятна («хвосты»), а вещества с близкой хроматографической подвижностью
могут слиться в одно вытянутое пятно.
Минимальное количество нанесенного образца лимитируется порогом
чувствительности метода обнаружения пятна на пластинке. Обычно для
анализа достаточно 0,1 – 20 мкг вещества, а наносимое пятно должно быть не
более 2 мм в диаметре. При одновременном хроматографировании нескольких
образцов расстояние между точками нанесения должно быть не менее 6-8 мм.
При проведении ТСХ в микромасштабе на пластинку шириной 10 мм можно
нанести две пробы.
62
Разделение
веществ
осуществляют
в
хроматографических камерах. Пластинку с
нанесёнными образцами высушивают и
помещают в плоскодонный стеклянный
сосуд подходящего размера с пришлифованной
крышкой
(хроматографическую
камеру), в который налит элюент с высотой
слоя 3-5 (рис. 24).
Пластинку с закреплённым слоем можно
Рис. 24. Хроматографическая камера
с пластинкой с закреплённым слоем
сорбента: 1 – крышка; 2 – камера;
3 – пластинка; 4 – элюент
располагать под любым углом наклона, а с
незакрепленным слоем – под небольшим
углом (15-20°). При помещении пластинки в
камеру нанесённые пробы не должны оказаться ниже уровня жидкости.
Элюент, продвигаясь за счёт капиллярных сил по пластинке вверх, увлекает за
собой разделяемые вещества. По окончании хроматографирования отмечают
положение фронта растворителя (если он не поднялся до верхнего края
пластинки).
Если анализу подвергаются два вещества (А и Б) и их смесь (В), то
каждое из веществ пройдет определённое расстояние, замеряемое от линии
нанесения (старта) до центра пятна (рис. 25).
Рис. 25. Разделение методом
ТСХ смеси веществ А и В
Положение пятен на хроматограмме характеризуется величинами Rf (от
англ. ratio of fronts – отношение фронтов), которые представляют собой
отношения расстояний, пройденных веществом (соответственно а и б), к
расстоянию F, пройденному элюентом. Следовательно, для веществ А и Б
величины Rf будут a/F и б/F соответственно.
Значение Rf для каждого соединения при определённых условиях
является константой. Надёжным доказательством идентичности исследуемого
вещества заведомому стандарту является совпадение величин Rf, полученных
на одной хроматограмме, а не путём сопоставления со справочными данными.
С этой целью вещество известного строения, называемое свидетелем,
хроматографируют одновременно с анализируемым веществом или смесью.
Несовпадение величин Rf анализируемого вещества и свидетеля полностью
исключает их тождественность, в то же время совпадение ещё не является
полной гарантией идентичности двух веществ. Надёжность идентификации
значительно повышается, если одинаковые значения Rf анализируемого
вещества и свидетеля получены при хроматографировании в нескольких
различных растворителях.
Обнаружение веществ на хроматограммах осуществляют по пятнам
при
хроматографировании
окрашенных
веществ.
Однако
большинство
органических веществ бесцветны, поэтому пятна приходится обнаруживать
химическими или оптическими методами.
Высушенную от растворителя пластинку опрыскивают (если слой
сорбента закреплён) химическим реагентом, дающим окрашенные продукты с
анализируемыми веществами. Другим вариантом обнаружения пятен является
проявление в парах йода, для чего пластинку помещают в закрытый сосуд, в
котором находятся несколько кристалликов йода. Через 15-20 мин пластинку
вынимают, избытку йода дают испариться на воздухе. На месте органических
веществ остаются жёлто-коричневые пятна. Вещества, поглощающие в УФсвете, могут быть обнаружены при рассмотрении пластинки под УФ-лампой.
Препаративное разделение используют в случае необходимости
накопления вещества. Методом ТСХ можно проводить препаративное
64
разделение, для чего используют пластинки с большей толщиной слоя сорбента
(1-2 мм). Раствор разделяемой смеси наносят полосой на линию старта по всей
ширине
пластинки.
После
обычной
процедуры
хроматографирования
компоненты смеси располагаются горизонтальными зонами, которые удобнее
всего обнаруживать в УФ-свете (если это возможно). При использовании
химических реагентов опрыскивают узкую полоску с края пластинки.
Обнаруженные зоны снимают с пластинки (кроме опрысканной полоски) и
вымывают из них вещества подходящим растворителем. На пластинках
шириной 15 - 20 см этим методом можно разделить до 100 мг смеси веществ.
Колоночная хроматография. Препаративное разделение смеси веществ
удобнее всего осуществлять в хроматографических колонках, заполненных
неподвижной фазой.
Простейшая колонка представляет собой стеклянную трубку с оттянутым
концом (верхний конец трубки может быть снабжён шлифом); можно
использовать также аналитическую бюретку (рис. 26). Оптимальное отношение
высоты колонки к её диаметру составляет 10:1 – 15:1.
Заполнение
Рис. 26. Хромато-графические колонки:
1 – сорбент; 2 – тампон; 3 – фильтр
колонки
сорбентом необходимо проводить тщательно и аккуратно; это – важное условие
65
успешного разделения. Если колонка не снабжена пористым стеклянным
фильтром, в сужающуюся часть колонки помещают неплотный тампон из
обычной или стеклянной ваты. Заполнение колонки сорбентом осуществляют
двумя способами. Тяжёлые сорбенты, например оксид алюминия, постепенно
всыпают в колонку, заполненную неполярным растворителем, постукивая по
колонке резиновой пробкой. Лёгкие сорбенты (силикагель) вносят в виде
суспензии в неполярном растворителе. Растворителю дают вытечь из колонки,
при этом сорбент уплотняется. Суспензию добавляют до достижения
необходимой высоты столбика сорбента. В обоих способах заполнения
необходимо следить, чтобы уровень растворителя не оказался ниже слоя
сорбента. В противном случае в сорбенте возникнут трещины или воздушные
пузыри.
Разделение смеси веществ осуществляется в колонке, заполненной
сорбентом. Смесь, подлежащую разделению, вносят в колонку в виде
концентрированного раствора (желательно в растворителе менее полярном, чем
тот, которым будет производиться элюирование). Как только раствор
впитается, начинают подавать выбранный заранее элюент.
Элюент подают в верхнюю часть колонки, и он вытекает самотёком.
Регулировать скорость вытекания можно краном, а при его отсутствии скорость
потока уменьшают с помощью надетого на носик колонки полиэтиленового
шланга меньшего диаметра, который может пережиматься винтовым зажимом.
Вытекающий из колонки элюат собирают по фракциям (удобны
автоматические коллекторы фракций, отбирающие равные объёмы элюата в
пробирки).
Разделение заканчивают после анализа всех фракций элюата.
Анализ
элюата
в
редких
случаях
хроматографирования
смеси
окрашенных веществ проводят визуальным путём (так, кстати, поступал автор
метода хроматографии М. С. Цвет при разделении экстракта из листьев
66
растений). Обычно же каждую фракцию элюата анализируют методом ТСХ,
сравнивая её с разделяемой смесью.
Более удобным является такой способ, когда элюат сразу из колонки
проходит через кювету, где он анализируется (зачастую с регистрацией на
самописце) каким-либо физическим методом, например рефрактометрическим,
фотометрическим, потенциометрическим.
Экспериментальная часть
Осуществить разделение смеси органических веществ методом ТСХ.
Для этого подготовить пластинку с закреплённым слоем сорбента
(Силуфол), нанести на неё с помощью микрошприца раствор смеси веществ, а
также растворы индивидуальных веществ (свидетелей).
В качестве разделяемых веществ использовать углеводы, которые
растворяют в 15%-ном растворе изопропилового спирта в воде. Массовая доля
углеводов в растворе – 1%. Чтобы диаметр наносимого пятна был как можно
меньше, растворы углеводов наносят порциями 5 раз по 0,1 мкл, дожидаясь
пока испарится растворитель после каждого нанесения.
Пластинки с нанесёнными веществами помещают в хроматографическую
камеру. В качестве элюента используют смесь этилацетат – 65%-ный водный
раствор изопропанола (1:1).
После окончания процесса хроматографирования в камере, отметив
положение фронта растворителя, пластинку опрыскивают раствором анилина и
фталевой кислоты в бутиловом спирте, насыщенном водой. Для проявления
пятен пластинку нагревают на плитке. Определяют состав смеси и Rf
индивидуальных веществ.
Вопросы и упражнения
1. Зачем в процессе перекристаллизации используется активированный
уголь?
67
2. При быстрой или медленной кристаллизации выделяется более чистое
вещество?
3. Описать принцип работы сублиматоров, работающих при атмосферном
давлении и под вакуумом.
4. Можно ли использовать этанол для извлечения фенола из водной фазы и
если возможно, то каким образом?
5. Назначение дефлегматора, используемого в процессе перегонки.
6. Что такое Rf в ТСХ?
7. Описать препаративное разделение веществ в ТСХ и колоночной
хроматографии.
5.3. Лабораторная работа №3 “Получение галогеналканов”
5.3.1. Синтез 2-бромпропана (бромистого изопропила) из пропанола-2
Теоретическая часть
Непрямое
–
галогенирование
замещение
атомами
галогена
гидроксильной группы, кислорода карбонильной группы и диазогруппы
органических соединений.
Среди значительного числа методов непрямого введения галогена в
органическое
соединение
алкилгалогенидов
из
наиболее
спиртов
путём
простым
является
взаимодействия
получение
последних
с
галогеноводородными кислотами. Следует отметить, что в большинстве
случаев используют не свободные кислоты, а их соли, которые с серной
кислотой в процессе реакции образуют соответствующие галогеноводороды.
Замещение гидроксильной группы спирта галогеном протекает по
нуклеофильному механизму. Необходимым условием реакции является
предварительная протонизация спирта:
R – OH + H+ = R – OH2+,
R – OH2+ + X– = R – X + H2O.
68
Экспериментальная часть
КВr + H2SO4
KHSO4 + НВr,
(СН3)2СНОН + НВr
(СН3)2СНВr + Н2О.
Побочная реакция: 2R-OH
R-O-R + H2O.
Реактивы: изопропиловый спирт – 15 мл; бромид калия – 15 г; серная
кислота (ρ = 1,84 г/см3) – 19 мл.
Посуда и оборудование: колба круглодонная вместимостью 250 мл;
прибор для перегонки с дефлегматором; воронка делительная; колба Вюрца.
Порядок выполнения работы. В круглодонную колбу помещают 15 мл
изопропилового
спирта,
19
мл
концентрированной
серной
кислоты,
перемешивая мешалкой и охлаждая колбу на ледяной бане. Кислоту в колбу
добавляют с помощью капельной воронки. К охлаждённой до комнатной
температуры смеси, продолжая перемешивание, добавляют 15 г бромида калия.
Затем колбу через дефлегматор соединяют с нисходящим холодильником
Либиха, и реакционную смесь перегоняют до тех пор, пока в приёмник не
перестанут переходить маслянистые капли, опускающиеся на дно.
Если реакционная смесь слишком сильно пенится, нагревание на
короткое время прекращают.
Бромистый изопропил отделяют от воды в делительной воронке и
осторожно, небольшими порциями, добавляют к нему концентрированную
серную кислоту до тех пор, пока она не соберётся в виде отдельного слоя.
Бромистый изопропил находится сверху. Очищенный таким образом от
изопропилового спирта и побочного продукта – диизопропилового эфира –
изопропилбромид перегоняют, собирая фракцию с температурой кипения
57 - 61°С.
Выход 8 - 10 г (30 - 40% от теоретического).
Бромистый изопропил (изопропилбромид, 2-бромпропан) – бесцветная
жидкость с температурой кипения 59,4°С;
69
= 1,3222 г/см3,
= 1,31 г/см3;
= 1,4251; мало растворим в воде (0,344 г в 100 мл при 12,5 °С), смешивается
в любых соотношениях с этиловым спиртом и диэтиловым эфиром.
5.3.2. Синтез хлористого трет-бутила ( 2-хлор- 2-метилпропана)
(СН3)3СОН + НСI  (CH3)3CCI + H2O.
Реактивы: трет-бутиловый спирт – 37 г (0,5 моль); соляная кислота
(  =1,19 г/см3) – 74,2 г (1,5 моль).
Посуда и оборудование: делительная воронка вместимостью 250 мл;
воронка стеклянная; плоскодонная колба вместимостью 100 мл; установка для
перегонки.
Порядок выполнения работы. В делительную воронку помещают третбутиловый спирт и концентрированную соляную кислоту. Смесь взбалтывают
и дают отстояться в течение 15-20 мин. Отделяют нижний слой, верхний
промывают 5%-ным раствором гидрокарбоната натрия, затем водой до
нейтральной реакции. Полученный продукт взбалтывают с 5 г СаCI2, ставшую
прозрачной жидкость фильтруют в перегонную колбу. Перегоняют с длинным
водяным холодильником, собирая фракцию 49-52ºС. Выход около 36 г (78 %).
5.4. Лабораторная работа №4 “Синтез иодоформа из ацетона”
Теоретическая часть
Прямое галогенирование – замещение атома водорода галогеном, а
также присоединение галогенов и галогеноводородов по месту разрыва
кратных связей.
Прямое галогенирование осуществляют с помощью галогенов (Cl2, Br2, I2)
или смешанных галогенов (BrCl, FCl, ICl и т. д.).
Наличие карбонильной группы облегчает замещение водорода бромом и
хлором, поэтому альдегиды и кетоны легко галогенируются. Галоген замещает
70
водород у углеродного атома, находящегося в α-положении по отношению к
карбонильной группе:
Экспериментальная часть
H3C - CO - CH3 + 3I2
CI3 - CO - CH3 + NaOH
CI3 - CO - CH3 + 3HI,
CHI3 + CH3COONa.
Реактивы: ацетон – 4 г (5 мл); иод – 2 г; иодид калия – 4 г; гидроксид
натрия, 10%-ный раствор.
Посуда и оборудование: стакан вместимостью 150 мл; воронка капельная.
Порядок выполнения работы. В стакан помещают 4 г иодида калия,
приливают 7,5 мл дистиллированной воды и после растворения соли добавляют
2 г иода. К полученному раствору приливают 17,5 мл воды. Затем в
реакционную массу вводят 5 мл ацетона и при перемешивании по каплям
добавляют из капельной воронки 10%-ный раствор гидроксида натрия до
исчезновения красноватой окраски раствора (приблизительно 4,5 мл).
Иодоформ, который при этом выпадает в виде жёлтого кристаллического
осадка, через 30 мин отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают
небольшим количеством воды и высушивают на воздухе.
Выход 0,93 г (90% от теоретического). Иодоформ (трииодметан) –
твёрдое кристаллическое вещество жёлтого цвета со специфическим запахом и
температурой плавления 119°С. Растворяется в этиловом спирте, диэтиловом
эфире, хлороформе. В воде практически нерастворим, не перегоняется с
водяным паром. Под действием света быстро гидролизуется раствором щёлочи,
поэтому следует избегать сильнощелочной среды в процессе синтеза. pH
раствора контролируют с помощью индикаторной бумаги.
УФ-спектр иодоформа приведён на рис. 27.
71
Рис. 27. УФ-спектр иодоформа
5.5. Лабораторная работа №5 ” Синтез дибутилового эфира”
Теоретическая часть
Реакциями алкилирования называют реакции, включающие замену атома
водорода органического соединения алкильным радикалом. В зависимости от
того, при каком атоме в молекуле происходит замещение водорода, различают
N-, O- и C- алкилирование.
Независимо от природы реакционного центра субстрата и его строения, а
также от строения алкилирующего агента во всех случаях процессы протекают
по электрофильному механизму. На примере алкилирования гидроксипроизводных спиртами (в присутствии сильной минеральной кислоты) схема выглядит
так:
AlkOH + H+
Alk - OH2+,
Alk - OH2+
Alk+ + H2O,
Alk - OH + Alk+
Alk - +OH - Alk
Alk - O - Alk + H+.
Экспериментальная часть
2СН3СН2СН2СН2OН
СН3СН2СН2СН2OСН2СН2СН2СН3 + H2O.
Реактивы: н-бутиловый спирт – 24,3 г (30 мл); серная кислота
(ρ = 1,84 г/см3) – 3,4 мл; гидроксид натрия, 10%-ный раствор; хлорид кальция
(безводный); хлорид натрия, насыщенный раствор; натрий металлический.
Посуда и оборудование: колбы круглодонные вместимостью 100 мл –
2 шт.; двурогий форштос; капельная воронка; холодильник водяной; насадка
Дина-Старка; масляная баня; дефлегматор; делительная воронка.
Порядок выполнения работы. В круглодонную колбу, соединённую с
помощью двурогого форштоса с капельной воронкой и насадкой Дина-Старка,
снабжённой обратным холодильником, вносят 30 мл н-бутилового спирта и при
перемешивании добавляют 3,4 мл концентрированной серной кислоты. В колбу
опускают «кипелки» и медленно нагревают на колбонагревателе до слабого
кипения. При температуре 91ОС отгоняется тройная смесь: н-бутиловый спирт вода - дибутиловый эфир. Дистиллят по мере накопления сливают из ловушки в
мерный цилиндр, верхний слой, представляющий собой смесь спирта с эфиром,
медленно возвращают в реакционную колбу через капельную воронку, а
нижний - воду - собирают. Такой процесс многократно повторяют, пока не
соберётся вода в количестве, рассчитанном по уравнению реакции. Добавление
спирто-эфирной смеси из капельной воронки и отбор воды нужно производить
медленно, не допуская перегревания и осмоления реакционной массы. После
окончания реакции (примерно через 3 ч) содержимое колбы охлаждают, к нему
осторожно приливают 20 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия и всю смесь
переносят в делительную воронку.
Там её промывают несколько раз 10%-ным раствором гидроксида натрия,
затем водой и насыщенным водным раствором хлорида натрия (около 20 мл).
Продукт реакции сушат прокалённым хлоридом кальция, затем фильтруют и
перегоняют из круглодонной колбы с небольшим дефлегматором. Сначала
собирают фракцию с температурой кипения до 135°С, её отбрасывают, а в
колбу вносят небольшой (с полгорошины) кусочек металлического натрия и
отгоняют дибутиловый эфир, собирая фракцию с температурой кипения
73
140-145°С. Перегонку нельзя вести досуха, так как простые эфиры с
кислородом воздуха образуют пероксиды, которые при нагревании взрываются.
Дибутиловый эфир (1-бутоксибутан)
– бесцветная жидкость, смешивается
с этиловым спиртом, диэтиловым
эфиром, в воде не растворяется.
Температура
кипения
= 0,6788 г/см 3 ,
142,4°С,
= 1,4010.
ИK-спектр приведён на рис. 28.
Выход 12 г (55% от теоретического).
Рис. 28. ИК-спектр дибутилового
эфира
5.6. Лабораторная работа №6 “Синтез бутилацетата (уксусно-бутилового
эфира)”
Теоретическая часть
Замена
атома
водорода
амино-
или
гидроксигруппы
остатком
кислородсодержащей минеральной, карбоновой или сульфокислоты называется
ацилированием.
Метод ацилирования применяется для двух различных целей. В одних
случаях введённая ацильная группа сохраняется до образования конечного
продукта, в других – ацилирование осуществляется для защиты амино- или
гидроксигруппы с освобождением ацила после использования ацилированного
продукта в каких-либо реакциях.
Ацилирование спиртов (фенолов) и аминов протекает по механизму
нуклеофильного замещения. Строго установлено, что в этой реакции роль
субстратов выполняют ацилирующие агенты, а их взаимодействие с
нуклеофилами
протекает
через
стадию
промежуточного соединения (I):
74
образования
тетраэдрического
(здесь В = OR', NHR'; X = OH, Hal, OCOR, OR).
Реакции,
катализируемые
кислотами,
протекают
с
образованием
аналогичных промежуточных продуктов. Например, в процессе этерификации
реакционноспособной частицей является соединение (II):
,
которое, присоединяя молекулу спирта, образует комплекс (III) с последующим
отщеплением воды:
Катион IV, регенерируя катализатор, даёт молекулу сложного эфира (V):
В практике ацилирования широкое применение получили уксусная и
муравьиная кислоты, уксусный и фталевый ангидриды, а также хлорангидриды
кислот: хлористый ацетил CH3COCl, хлористый бензоил С6H5COCl.
Экспериментальная часть
CH3COOH + CH3(CH2)3OH
CH3COO(CH2)3CH3 + H2O.
Реактивы: уксусная кислота (ледяная) – 21 г (20 мл); н-бутиловый спирт
– 25 г (31 мл); серная кислота (ρ = 1,84 г/см3) – 3,7 г (2 мл); хлорид кальция
безводный; гидрокарбонат натрия, 5%-ный раствор.
75
Посуда и оборудование: колба круглодонная вместимостью 100 мл;
капельная воронка; делительная воронка; холодильник водяной; насадка ДинаСтарка; колба Вюрца; термометр; двурогий форштос; баня песчаная.
Порядок выполнения работы. В круглодонную колбу, соединённую
посредством двурогого форштоса с капельной воронкой и обратным
холодильником через насадку Дина-Старка, помещают 20 мл ледяной уксусной
кислоты, 31 мл н-бутилового спирта и 2 мл концентрированной серной
кислоты. Содержимое нагревают до кипения на песчаной бане. Выделяющаяся
при реакции вода отгоняется с бутиловым спиртом в виде азеотропной смеси и
попадает в насадку Дина-Старка. По мере накопления жидкость из насадки
сливают в небольшой мерный цилиндр, верхний слой (бутиловый спирт) через
капельную воронку возвращают в реакционную колбу. Реакция считается
законченной, когда выделится всё количество воды, рассчитанное по
уравнению реакции, или когда слой воды в насадке перестанет изменяться.
Полученный эфир промывают в делительной воронке сначала водой,
затем раствором гидрокарбоната натрия до нейтральной реакции по
индикаторной бумажке и вновь водой. Отделив эфир от водного слоя, его
высушивают прокалённым хлоридом кальция и перегоняют, собирая фракцию,
кипящую при 124-126°С. Выход 27 г (70% от теоретического).
Уксуснобутиловый эфир (бутиловый эфир уксусной кислоты, бутилацетат)
– бесцветная жидкость с эфирным запахом, смешивается с этиловым спиртом и
диэтиловым эфиром, в воде растворяется слабо (1 г в 100 мл при 25°С).
Температура кипения 124...126°С,
= 0,8820,
= 1,3941.
ИК-спектр: νС=О=1735 см–1.
5.7. Лабораторная работа №7 “Получение α-нитронафталина”
Теоретическая часть
Введение в молекулу органического соединения нитрогруппы называется
реакцией нитрования.
76
В зависимости от природы субстрата и характера нитрующего агента
механизм реакции может быть различным. Так, введение нитрогруппы в
ароматическое ядро протекает по электрофильному механизму. Для наиболее
распространённого случая нитрования смесью концентрированных азотной и
серной кислот на примере бензола его можно представить следующей схемой:
NO2+ + 2HSO4– + Н3О+,
HNO3 + 2H2SO4
Электрофильный характер реакции определяется атакой на молекулу
бензола нитроний-катиона NO2+ с образованием промежуточного σ-комплекса
и последующим отщеплением прoтона.
Экспериментальная часть
Реактивы: нафталин – 5 г; азотная кислота (ρ = 1,4 г/см3) – 3,9 г; серная
кислота (ρ = 1,84 г/см3) – 5,0 мл; этиловый спирт.
Посуда и оборудование: фарфоровый стакан вместимостью 50 мл;
термометр; мешалка.
Порядок выполнения работы. В фарфоровом стакане, снабжённом
мешалкой и термометром, смешивают 5,0 мл серной кислоты с 2,7 мл воды и
приливают 3,9 г (2,8 мл) азотной кислоты. К нитрующей смеси, нагретой до
50°С (термометр в смеси), вносят 5,0 г хорошо измельчённого нафталина.
Перемешивание с помощью механической мешалки ведут в течение 1 ч при
50°С. Затем температуру повышают до 60°С и перемешивают ещё 1 ч. После
77
охлаждения реакционной массы полученный нитронафталин всплывает на
поверхность кислоты в виде пористой лепёшки. Продукт отделяют и
промывают в фарфоровой чашке кипящей водой несколько раз. При этом с
парами воды отгоняются остатки нафталина. Расплавленный нитронафталин
выливают тонкой струёй в холодную воду при сильном перемешивании.
Застывший в виде мелких шариков продукт фильтруют и сушат на воздухе.
Выход 5,8 г (86 % от теоретического). Очистку α-нитронафталина производят
перекристаллизацией из изопропилового спирта.
α-Нитронафталин – жёлтый кристаллический продукт с ттемпературой
плавления 59-60°С. Растворяется в этаноле, эфире, хлороформе, ацетоне.
5.8. Лабораторная работа №8 “Синтез n – толуолсульфокислоты”
Теоретическая часть
Механизм С-алкилирования ароматического ядра включает участие
катализаторов, способствующих образованию карбокатионов:
Alk – Cl + AlCl3
В
синтезе
Alk - Cl … AlCl3
Alk+ + AlCl4–,
H+ + AlCl4–
HCl + AlCl3.
алкилпроизводных
ароматического
ряда
в
качестве
алкилирующих агентов используются галогеналкилы, спирты и алкены.
Во время взаимодействия ароматического соединения с первичными
галогеналкилами, имеющими неразветвлённую цепь углеродных атомов, могут
получаться производные с разветвлённой боковой цепью. Например, из бензола
и пропилхлорида получается изопропилбензол, из бутилбромида и бензола –
втор-бутилбензол.
78
Экспериментальная часть
5.8.1. Синтез натриевой соли n-толуолсульфокислоты
n – СН3С6Н4SO3H + NaCI → n – СН3С6Н4SO3Na + HCI.
Реактивы: толуол – 16 мл, серная кислота – 9,5 мл (  =1,835 г/см3),
карбонат натрия – 8 г, хлорид натрия – 12 г.
Посуда и оборудование: колба круглодонная длинногорлая (100 мл),
холодильник Либиха, стакан химический, воронка Бюхнера, колба Бунзена,
прибор для отсасывания.
Порядок выполнения работы. В круглодонную колбу прибора
помещают 16 мл толуола и осторожно вносят 9,5 мл концентрированной серной
кислоты. Реакционную жидкость в течение 1 ч слабо кипятят, время от времени
встряхивая колбу (для перемешивания слоев). Реакция считается законченной,
когда слой толуола почти исчезает и из холодильника изредка стекают капли
конденсата. Затем теплую реакционную смесь выливают в стакан с 70 мл воды
(если смесь начинает кристаллизоваться, то ее надо подогреть) и колбу
ополаскивают из промывалки. Кислый раствор осторожно нейтрализуют 8 г
карбоната натрия, прибавляя его небольшими порциями, добавляют в раствор
20 г хлорида натрия и нагревают смесь до кипения (если хлорид натрия не
растворяется, добавляют еще немного воды). Раствор охлаждают водой со льдом.
Выпавшие
кристаллы
натриевой
соли
n-толуолсульфокислоты
отсасывают на воронке Бюхнера и отжимают между листами фильтровальной
бумаги. Выход – 8 г.
5.8.2. Синтез свободной n – толуолсульфокислоты
Реактивы: толуол – 45 мл, серная кислота – 8 мл (  = 1,835 г/ см3),
соляная кислота (ρ = 1,19 г/см3), карбонат натрия – 8 г, хлорид натрия – 12 г.
Посуда и оборудование: колба круглодонная длинногорлая (100 мл),
79
холодильник Либиха, стакан химический, воронка Бюхнера, колба Бунзена,
прибор для отсасывания, прибор для перегонки с насадкой Дина-Старка.
Порядок выполнения работы. В круглодонную колбу прибора для
перегонки вносят 45 мл толуола, 8 мл концентрированной серной кислоты и
кипятят смесь в течение 5 ч так, чтобы пары толуола доходили до
холодильника. Вода, выделяющаяся при реакции, конденсируется в обратном
холодильнике и стекает в насадку. После 5 ч кипячения собирается около 3,5
мл воды, причем из-за влажности применяемых реагентов количество
выделившейся воды бывает несколько больше рассчитанного.
По окончании нагревания дают реакционной массе охладиться и
добавляют к ней 2,5 мл воды. n-толуолсульфокислота при этом выкристаллизовывается в виде гидрата. Сливают непрореагировавший толуол, отсасывают
кристаллы на воронке со стеклянным фильтром, хорошо отжимая их стеклянной пробкой; при этом побочно образовавшаяся о-толуолсульфокислота
остается в фильтре.
Для очистки гидрат n-толуолсульфокислоты растворяют в небольшом
количестве горячей воды (20 мл) и прибавляют к раствору тройной объем
концентрированной HCI. Раствор охлаждают в ледяной воде, выпавшие
кристаллы отсасывают на воронке со стеклянным фильтром и промывают их
небольшим количеством холодной концентрированной соляной кислоты.
Такую очистку повторяют дважды. Затем гидрат n-толуолсульфокислоты сушат
в эксикаторе над твердым гидрооксидом натрия до тех пор, пока реакция на
соляную кислоту не будет отрицательной (HCI c AgNO3 образует муть AgCI).
Выход – 8 г, tпл = 104 – 105ºС.
5.9. Лабораторная работа №9 “Синтез 2,4,6-трибромфенола”
Теоретическая часть
При прямом галогенировании ароматических углеводородов необходимо
80
соблюдать следующие условия:
а) Галогенирующий агент прибавляют к субстрату. Прибавление ведут
малыми порциями с учётом равномерного выделения галогеноводорода.
б) Реакция галогенирования – экзотермическая, поэтому прибавление
галогена в реакционную смесь проводят при комнатной температуре.
в) Если субстрат является твёрдым веществом, необходимым условием
осуществления процесса является использование растворителей. В неполярных
растворителях галогены реагируют с бензолом очень медленно, в полярных,
когда молекула поляризуется, электрофильное замещение облегчается.
г) Трудногалогенируемые соединения, особенно при проведении реакции
в гетерогенных условиях, требуют применения энергичного перемешивания. В
гомогенной
среде
с
участием
катализаторов
можно
ограничиваться
периодическим встряхиванием реакционной массы.
д) Реакция галогенирования очень чувствительна к влиянию заместителя
в ядре. Донорные группы (OH, NH2) настолько облегчают замещение атомов
водорода в ядре, что 2,4,6-трибромфенол и 2,4,6-триброманилин образуются
при воздействии собственно на фенол и анилин бромной водой при комнатной
температуре. Акцепторные заместители затрудняют вхождение галогена в ядро,
поэтому необходимо использовать нагревание и катализаторы.
е) Для введения галогена в ядро используют хлориды или бромиды
железа, алюминия, сурьмы, а также серную кислоту и иод. При получении
производных, содержащих атомы галогена в боковой цепи, реакцию
инициируют пероксидами или светом.
Экспериментальная часть
81
Реактивы: фенол – 1,2 г; бром – 2 мл (6,2 г); изопропиловый спирт 50%-ный.
Посуда и оборудование: стакан (200 мл); воронка капельная.
Порядок выполнения работы. В стакане растворяют 1,2 г фенола в 70 мл
воды и к раствору при размешивании стеклянной палочкой приливают из
капельной воронки насыщенный раствор 2 мл брома в воде до тех пор, пока
жидкость в стакане не примет желтую неисчезающую окраску.
Выпавший
белый
хлопьевидный
осадок
отфильтровывают
и
перекристаллизовывают из 50%-ного водного раствора изопропилового спирта.
2,4,6-трибромфенол – желтоватый кристаллический продукт, растворим в
спирте, эфире, хлороформе. Нерастворим в воде. tпл = 95…96 ºС.
Спектр ЯМР (в диметилацетамиде): синглет 7,69 м.д., синглет 2,11 м.д.
5.10. Лабораторная работа №10 “Получение ацетона окислением
изопропилового спирта”
Теоретическая часть
При окислении органических соединений происходит присоединение
кислорода к молекуле. Наиболее распространёнными окислителями являются
HNO3, кислород, пероксиды, хлор, гипохлориты, KMnO4, бихроматы.
Окисление первичных спиртов до альдегидов и вторичных до кетонов
проводят дихроматом, хотя выход альдегидов не превышает 60%. Окисление
вторичных спиртов осуществляется легче, чем первичных, вследствие большей
стабильности образующихся кетонов. Вторичные спирты легко окисляются
хромовым ангидридом в ацетоне и даже диметилсульфоксидом в уксусном
ангидриде.
Экспериментальная часть
.
82
Реактивы: изопропиловый спирт – 15,6 г (20 мл); дихромат натрия – 15 г;
серная кислота (ρ = 1,84 г/см3) – 33,1 г (18 мл).
Посуда и оборудование: колба трёхгорлая вместимостью 250 мл; баня
водяная; холодильник водяной; капельная воронка; термометр; колба Вюрца.
Порядок выполнения работы. В трёхгорлую колбу, снабжённую
капельной
воронкой
и
обратным
холодильником,
помещают
20
мл
изопропилового спирта. Отдельно готовят хромовую смесь, растворяя 15 г
дихромата натрия в 60 мл воды и смешивая полученный раствор с 18 мл
концентрированной серной кислоты (осторожно прибавляют кислоту в водный
раствор дихромата). Полученную хромовую смесь из капельной воронки
небольшими порциями (по 1-2 мл) прибавляют в колбу. Сразу начинается
реакция окисления, сопровождаемая сильным разогреванием реакционной
массы. Следующую порцию окислителя добавляют после того, как реакция
замедляется.
После прибавления всей хромовой смеси, к колбе присоединяют
нисходящий холодильник Либиха через насадку Вюрца и нагревают на водяной
бане. Отгоняют ацетон, собирая фракцию, кипящую в пределах 55 - 58°С.
Выход ацетона 10 г (66,3 % от теоретического). Ацетон (пропанон-2) –
бесцветная прозрачная жидкость с характерным запахом, смешивается с водой
во всех отношениях. tкип = 56,24°С,
= 0,7908,
= 1,3590.
Спектр ЯМР: синглет 2,07 м.д.
5.11. Лабораторная работа № 11 ”Синтез бензойной кислоты
окислением толуола”
Теоретическая часть
При окислении алкильных групп, связанных с ароматическим кольцом,
сильными окислителями (KMnO4 в щелочной среде, хромовой или азотными
кислотами) образуются ароматические кислоты.
83
Экспериментальная часть
Реактивы: толуол – 5 г (5,75 мл); перманганат калия – 17 г; соляная
кислота (ρ = 1,19 г/см3).
Посуда и оборудование: колба круглодонная вместимостью 500 мл;
холодильник шариковый; баня песчаная; стакан вместимостью 750 мл; колба
коническая вместимостью 250 мл.
Порядок выполнения работы. В круглодонной колбе, снабжённой
шариковым холодильником, кипятят на песчаной бане в течение 4 ч 5,75 мл
толуола с 350 мл воды и 17 г мелкорастёртого перманганата калия. Для
равномерного кипения в колбу бросают несколько «кипелок». После
завершения реакции раствор в колбе над осадком диоксида марганца должен
быть бесцветным (бурый при наличии мелкодисперсного осадка диоксида
марганца). Если реакционная смесь остаётся окрашенной, обесцвечивания
достигают прибавлением 1 мл спирта или 0,5 г щавелевой кислоты при
нагревании.
Горячий раствор фильтруют через складчатый фильтр, осадок диоксида
марганца промывают небольшим количеством горячей воды. Фильтрат
упаривают в стакане до объёма 50-100 мл и отфильтровывают от вновь
выпавшего оксида марганца (IV). Промыв осадок 5 мл горячей воды,
объединённый фильтрат подкисляют концентрированной соляной кислотой до
кислой реакции (проверяют по индикаторной бумаге). При этом осаждается
бензойная кислота, которую отфильтровывают, промывают небольшим
количеством холодной воды и сушат. При необходимости бензойная кислота
может быть очищена перекристаллизацией из воды.
Выход – 5 г (75% от теоретического).
84
Бензойная кислота – белое кристаллическое вещество в виде пластинок,
плохо растворяется в холодной воде, лучше – в горячей (0,27 г в 100 мл при
18ºС и 5,9 г в 100 мл при 100ºС). Хорошо растворяется в хлороформе, ацетоне,
бензоле. tпл = 122ºС,
= 1,2659.
Спектр ЯМР (в CDCl3): мультиплет 7,90 м.д.; 7,37 м.д.; синглет 13,20 м.д.
5.12. Лабораторная работа №12 “Получение n-бензохинона
окислением гидрохинона”
Теоретическая часть
Окисление ароматических углеводородов до хинонов (за исключением
бензола) легко осуществляется хромовой кислотой, пероксидом водорода.
Бензохинон в лабораторной практике получают окислением гидрохинона
дихроматом калия в кислой среде или азотной кислотой.
Хиноны (бензохинон, антрахинон, фенантрахинон) сами обладают
свойствами окислителей, превращаясь в соответствующие гидрохиноны.
Выделение продуктов реакции определяется их агрегатным состоянием:
жидкие
вещества
экстрагируют
из
реакционной
массы
подходящим
растворителем, твёрдые выделяют фильтрованием.
Экспериментальная часть
Реактивы: гидрохинон – 4 г; дихромат натрия – 14 г; серная кислота
(ρ = 1,84 г/см3) – 5 г (2,7 мл); бензол – 40 мл; хлорид кальция (безводный).
Посуда и оборудование: колба коническая вместимостью 250 мл; колба
круглодонная вместимостью 100 мл; делительная воронка; термометр; баня
85
водяная; холодильник водяной; колба Вюрца.
Порядок выполнения работы. В конической колбе в 100 мл воды при
50°С растворяют 4 г гидрохинона, добавляют по каплям 2,7 мл концентрированной серной кислоты, охлаждают смесь и при температуре не выше 20°С
приливают раствор 14 г дихромата натрия в 7 мл воды. Сначала образуется
темно-зелёный осадок хингидрона – комплексного эквимолекулярного соединения n-бензохинона и гидрохинона; по мере добавления дихромата натрия
цвет осадка переходит в желтовато-зелёный. Затем смесь охлаждают до 10°C;
осадок n-бензохинона отфильтровывают и промывают небольшим количеством
холодной воды.
Выход 3,1 г (80 % от теоретического). n-бензохинон (n-хинон) –
кристаллическое вещество золотисто-жёлтого цвета с характерным едким
запахом; мало растворим в холодной воде, хорошо – в горячей воде, спирте,
эфире, бензоле, возгоняется, летуч на воздухе, tпл = 115,7°С,
=1,3180.
ИК-спектр приведен на рис. 29.
Рис. 29. ИК-cпектр n-бензохинона
Хроматография: пластинки «Силуфол», система гексан – этил-ацетат
(17:1), растворитель – ацетон. Rf = 0,22.
5.13. Лабораторная работа №13 “Синтез бензанилида”
Теоретическая часть
Реакции, в результате которых образуются соединения с новой связью
между двумя атомами углерода, не связанными непосредственно друг с другом
86
в исходном состоянии, называются конденсацией.
Реакции
конденсации
делятся
на
внутримолекулярные
и
межмолекулярные. В зависимости от того, какие неорганические или
органические простые вещества выделяются в процессе конденсации, эти
реакции классифицируют следующим образом:
а) реакции с выделением водорода, кислорода, азота, галогена;
б) реакции с выделением воды;
в) реакции с выделением галогеноводорода;
г) реакции, сопровождающиеся образованием в качестве побочных про-дуктов
метилового спирта, этилового спирта и других наиболее просто построенных
органических соединений.
В качестве конденсирующих водоотнимающих средств используют
серную и соляную кислоты, фосфорный ангидрид, ацетаты натрия и калия,
хлорид олова (IV), хлорид цинка, гидроксид натрия.
Среди
средств,
способствующих
отщеплению
галогеноводорода,
применяют хлориды алюминия, цинка и железа, иногда – металлические
алюминий и цинк, карбонаты и ацетаты натрия и калия, оксиды цинка,
марганца, олова и железа.
Для элиминирования атомов галогена пригодны металлический натрий,
его амальгама, медь, серебро, цинк и другие металлы. Аммиак можно отнять,
используя серную и соляную кислоты. Kонденсация с потерей водорода может
быть достигнута применением в качестве окислителей дихромата, гипохлорита
и пероксида натрия, диоксида свинца, персульфата аммония.
Экспериментальная часть
С6H5COOH + C6H5NH2
C6H5CONHC6H5.
Реактивы: анилин – 7 мл; бензойная кислота – 6,7 г; 5%-ная соляная
кислота – 50 мл; 5%-ный р-р NaOH – 60 мл; этанол; активированный уголь.
Посуда и оборудование: колба круглодонная вместимостью 50 мл;
87
насадка Вюрца; термометр; холодильник Либиха; аллонж; колбонагреватель;
фарфоровая чашка; фарфоровые пестик и ступка; стакан вместимостью 100 мл;
воронка Бюхнера.
Порядок выполнения работы. Собирают прибор для простой перегонки.
В круглодонную колбу вместимостью 50 мл помещают 7 мл анилина, 6,7 г
бензойной кислоты и нагревают смесь на колбонагревателе при 180-190°С,
пока не перестанут отгоняться анилин и вода. Затем температуру бани
поднимают до 225°С и поддерживают её до прекращения отгонки, после чего
колбонагреватель удаляют. В остывшую до 40-50°С колбу добавляют ещё 2 мл
анилина. Смесь снова нагревают, как было указано выше. По окончании
реакции ещё горячую реакционную смесь выливают в фарфоровую чашку.
Затвердевшую после охлаждения массу растирают в фарфоровой ступке,
переносят в стакан вместимостью 100 мл и обрабатывают 50 мл 5%-ной
соляной кислоты для удаления не вступившего в реакцию анилина. Раствор
декантируют и операцию повторяют. Осадок последовательно промывают
аналогичным образом водой 3 раза по 20 мл, 5%-ным раствором NaOH 2 раза
по 30 мл для удаления непрореагировавшей бензойной кислоты и несколько раз
водой до нейтральной реакции по универсальной индикаторной бумаге.
Промытый бензанилид отфильтровывают на воронке Бюхнера, сушат и очищают
перекристаллизацией из изопропанола с добавлением активированного угля.
Бензанилид – бесцветные кристаллы, tпл = 163°С; растворим в этаноле,
бензоле, диэтиловом эфире, практически нерастворим в воде.
5.14. Лабораторная работа №14 “Получение пирослизевой кислоты
окислением фурфурола”
Теоретическая часть
Пятичленный кислородсодержащий гетероцикл фуран получают сухой
перегонкой пирослизевой (2-фуранкарбоновой) кислоты
88
а также нагреванием фуранового альдегида (фурфурола) в присутствии
натронной извести
Для фурфурола характерны практически все реакции ароматических
альдегидов: при окислении сильными окислителями (KMnO4, K2Cr2O7) он превращается в пирослизевую кислоту, а при восстановлении – в фуриловый спирт.
Фурфурол подвергается реакции диспропорционирования (реакция
Каниццаро) под действием концентрированных щелочей
Экспериментальная часть
Реактивы: фурфурол – 10 г; гидроксид натрия – 20 г; перманганат калия
– 13,6 г; соляная кислота (ρ = 1,19 г/см3).
89
Посуда и оборудование: стакан (750 мл); капельная воронка; термометр;
мешалка; чашка фарфоровая; баня водяная; парообразователь.
Порядок выполнения работы. В стакан, снабжённый мешалкой,
термометром и капельной воронкой, вливают раствор 20 г гидроксида натрия в
200 мл воды и прибавляют 10 г свежеперегнанного фурфурола. Затем при
перемешивании и температуре 10-15°С из капельной воронки приливают
раствор 13,6 г перманганата калия в 250 мл воды. Охлаждение проводят на
ледяной
бане.
После
загрузки
всего
раствора
перманганата
калия
перемешивание ведут ещё 5 мин, затем ставят стакан на плитку и нагревают
смесь
почти
до
кипения
(~90°С).
Образовавшийся
оксид
марганца
отфильтровывают, к фильтрату прибавляют соляную кислоту до нейтральной
или слабощелочной реакции (~22,7 мл 36% HCl) и выпаривают его в
фарфоровой чашке сначала быстро на газовой горелке с сеткой, а затем
медленно на водяной бане до объёма 100 мл.
Раствор охлаждают до 0°С и осторожно подкисляют холодной
концентрированной
соляной
кислотой
до
кислой
реакции.
Осадок
отфильтровывают и перекристаллизовывают из небольшого количества воды.
Сушат на воздухе.
Выход – 8 г (70% от теоретического).
Пирослизевая (2-фуранкарбоновая) кислота кристаллизуется в виде
бесцветных игл или листочков, плохо растворяется в воде (при 0°С – 2,7%, при
100°С – 25%), растворяется в спирте, эфире. tпл = 133°С, при 100°С возгоняется.
УФ-cпектр [ λмакс (Ig ε)]: 243 нм (4,03).
5.15. Лабораторная работа №15 “Окисление сахарозы до щавелевой
кислоты”
Теоретическая часть
Сахароза C12H22O11 – широко распространённый в природе дисахарид.
90
Получают из сахарной свеклы или сахарного тростника. Синтетическим путём
получить не удалось.
Молекула сахарозы состоит из остатков двух различных моносахаридов –
α-D-глюкозы (в пиранозной или δ-оксидной форме) и β-D-фрукюзы (в
фуранозной или γ-оксидной форме), которые связаны между собой α-(1,4')гликозид-гликозидной связью:
В молекуле сахарозы нет ни одного полуацетального гидроксила (оба
затрачены на образование связи), поэтому она не имеет таутомерных форм и не
обладает восстанавливающими свойствами.
При гидролизе (кислотном или ферментативном) молекула сахарозы
расщепляется на две молекулы: глюкозу и фруктозу:
.
Образующаяся смесь глюкозы и фруктозы имеет левое вращение (-39,5°),
в то время как сама сахароза имеет правое вращение (+66,5°). Такое изменение
знака связано с тем, что при гидролизе образуется фруктоза, имеющая угол
вращения -92°, и глюкоза, вращающая вправо на 52,5°. Разница между этими
величинами и равна углу вращения смеси глюкозы и фруктозы. Изменение угла
вращения под влиянием гидролиза называют инверсией (от лат. inversia –
перевёртывание), а смесь глюкозы и фруктозы, полученную при этом, –
инвертным сахаром или искусственным мёдом.
При окислении сахарозы сильными окислителями происходит её
окислительная деструкция с образованием щавелевой кислоты HOOC – COOH.
91
Экспериментальная часть
C12H22O11 + 9O2
6HOOC-COOH + 5H2O.
Реактивы: тростниковый или свекольный сахар – 5 г; азотная кислота
(ρ = 1,38 г/см3) – 40 г (29 мл).
Посуда и оборудование: колба коническая вместимостью 200 мл; колбы
конические вместимостью 250 мл – 2 шт.; фарфоровая чашка; баня водяная.
Порядок выполнения работы. В конической колбе нагревают 5 г
растёртого в порошок сахара с 29 мл концентрированной азотной кислоты. Как
только
начнётся
выделение
бурых
паров
оксидов
азота,
нагревание
прекращают. Реакция окисления самопроизвольно протекает ещё некоторое
время.
Затем, когда выделение бурых паров заканчивается, жидкость выливают в
фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане до объёма 10-15 мл. При
охлаждении из раствора выкристаллизовывается щавелевая кислота. Её
отфильтровывают и перекристаллизовывают из воды. Выход 2 г, считая на
безводную кислоту (25% от теоретического).
Щавелевая (этандиовая) кислота – бесцветное вещество, кристаллизующееся с двумя молекулами воды, температура плавления кристаллогидрата –
101,5°С. Безводная щавелевая кислота плавится при 189,5°С с разложением.
Растворяется в этиловом спирте, в воде (9,5 г в 100 мл – при 15°С; 120 г в 100 мл
– при 100°С).
5.16. Лабораторная работа №16 “Получение фенолфталеина
конденсацией фенола с фталевым ангидридом”
Теоретическая часть
Фенолфталеин
относится
к
кислотно-основным
индикаторам,
изменяющим свою окраску в зависимости от pH среды. Получают его
92
конденсацией
фенола
с
фталевым
ангидридом
в
присутствии
концентрированной H2SO4. Подробнее о реакциях конденсации см. п. 5.12.
Экспериментальная часть
Реактивы: фталевый ангидрид – 5 г; фенол – 10 г; соляная кислота; серная
кислота (ρ = 1,84 г/см3) – 3,7 г (2 мл); гидроксид натрия, 4-5%-ный раствор;
уксусная кислота; этиловый спирт (абсолютный); активированный уголь.
Посуда и оборудование: колба круглодонная (50 мл); стакан (100 мл);
чашка фарфоровая; колбы конические (250 мл) – 2 шт.; термометр; прибор для
перегонки с водяным паром; баня глицериновая.
Порядок выполнения работы. Смесь 5 г фталевого ангидрида, 10 г
фенола и 2 мл концентрированной серной кислоты помещают в 50миллилитровую колбу и нагревают на глицериновой бане в течение 1,5 ч,
строго соблюдая температуру 125-130ºС (термометр в плаве) и периодически
перемешивая содержимое. Горячую смесь выливают в колбу со 100 мл
кипящей воды и отгоняют с водяным паром не вступивший в реакцию фенол.
Во избежание разбрызгивания и связанной с этим потерей вещества жидкость
нужно всё время перемешивать. Раствору дают охладиться, после чего
декантируют на воронку Бюхнера, стараясь по возможности не переносить
осадок на фильтр. Затем продукт промывают декантацией двумя небольшими
порциями холодной воды, присоединяют то, что всё-таки попало на фильтр к
93
основной массе твёрдого вещества в стакан, растворяют в небольшом
количестве тёплого 4-5%-ного раствора гидроксида натрия и отделяют
фильтрованием непрореагировавший фталевый ангидрид.
К тёмно-красному фильтрату прибавляют уксусную кислоту до полного
осаждения фенолфталеина, после чего добавляют несколько капель соляной
кислоты. Спустя 1 ч продукт отфильтровывают, сушат и перекристаллизовывают
из водного изопропилового спирта с использованием активированного угля.
Выход около 4 г (35-40% от теоретического).
Фенолфталеин [2,2-бис-(n-гидроксифенил)-фталид] – бесцветные
ромбические иглы (перекристаллизация из разбавленного этилового спирта) с
tпл = 261°С; трудно растворим в воде (0,018 г – в 100 мл), хорошо – в этиловом
спирте(20,9 г – в 100 мл), умеренно – в диэтиловом эфире (5,92 г – в100 мл).
УФ-спектр приведен на рис. 30.
Рис. 30. УФ-спектр фенолфталеина в
системе этанол-вода
5.17. Лабораторная работа №17 “Синтез 3-бромокамфоры
бромированием камфоры”
Теоретическая часть
Терпены – большая группа природных веществ, содержащихся в смоле
хвойных деревьев, а также в различных эфирных маслах. Терпены бывают
нециклическими, моно-, ди- и трициклическими.
К производным дициклических терпенов относятся скипидар и камфора.
94
Скипидар (терпентинное масло) – жидкость с tкип = 153-170°С,
получаемая при перегонке с водяным паром смолы хвойных деревьев (живицы
или терпентина). Tвёрдaя смола, остающаяся после перегонки, называется
канифолью. Главной составной частью скипидара является пинен, который
содержит одну двойную связь и легко окисляется кислородом воздуха.
Камфора – кристаллическое вещество с t
ПЛ
= 179ºС. По строению
углеродного скелета камфора близка к терпенам, но отличается от них
присутствием карбонильной группы:
Галогенирование камфоры, как любого кетона, будет происходить по
α-углеродному атому.
Экспериментальная часть
Реактивы: камфора – 3 г; бром – 1,3 мл; этанол; активированный уголь.
95
Посуда и оборудование: двугорлая колба вместимостью 50 мл;
капельная воронка; обратный холодильник с трубкой для отвода газа и
воронкой; стакан; водяная баня; воронка Бюхнера.
Работа проводится в вытяжном шкафу. С бромом нужно работать в
резиновых перчатках.
Порядок выполнения работы. В двугорлую колбу вместимостью 50 мл,
снабжённую капельной воронкой и обратным холодильником с трубкой для
отвода газа (рис. 31), помещают 3 г тонко растёртой камфоры. Воронка
газоотводной трубки не должна касаться поверхности воды в стакане. В колбу
небольшими порциями из капельной воронки прибавляют 1,3 мл брома.
Кран капельной воронки должен быть хорошо притёрт и смазан
вакуумной смазкой.
Рис. 31. Прибор для получения
3-бромокамфоры: 1 – двугорлая колба;
2 – капельная воронка; 3 – обратный
холодильник; 4 – газоотводная трубка;
5 – стакан с водой
При добавлении каждой порции брома содержимое колбы встряхивают и
следующую порцию брома приливают после прекращения выделения
бромоводорода. Затем смесь нагревают в течение 2 ч на кипящей водяной бане
и выливают содержимое колбы в 50 мл воды со льдом. Выделившуюся
кристаллическую 3-бромокамфору отфильтровывают на воронке Бюхнера и
промывают холодной водой до отрицательной пробы на бромид-ион с нитратом
серебра.
96
Продукт перекристаллизовывают из водного этанола с добавлением
активированного угля и высушивают на воздухе.
3-бромокамфора – бесцветные кристаллы со слабым камфорным запахом,
tпл = 76ºС; хорошо растворяется в этаноле, диэтиловом эфире, хлороформе,
нерастворима в воде.
5.18. Лабораторная работа №18 “Выделение фурфурола из
природного сырья”
Теоретическая часть
Фурфурол – важнейшее производное фурана, содержащее альдегидную
группу. Легко образуется при нагревании с разбавленными кислотами
пентозаносодержащих
веществ
(соломы,
отрубей,
подсолнечной
лузги,
кукурузных кочерыжек, древесных опилок и т.д.):
Фурфурол (от лат. furfur – отруби) – бледно-жёлтая жидкость с tкип = 162ºC,
имеющая запах свежеиспечённого ржаного хлеба. Он быстро темнеет и
осмоляется под действием воздуха, повышенной температуры и света.
Экспериментальная часть
(С5H8O4)n + n H2O
пентозан
nС5H10O5,
пентоза
97
Реактивы: подсолнечная лузга – 50 г; соляная кислота (ρ = 1,18 г/см3) –
112 г (95 мл); карбонат натрия; хлорид натрия.
Оборудование: колбы круглодонные (250 мл, 100 мл, 50 мл); колба
плоскодонная (250 мл); капельная воронка; холодильник Либиха; насадка
Кляйзена; аллонж, переходник с 29 шлифа на 14, две стеклянные пробки с
14 шлифом для насадки Кляйзена.
Порядок выполнения работы. В круглодонную колбу на 250 мл,
снабжённую капельной воронкой и холодильником Либиха, помещают 25 г
мелкоизмельчённой
подсолнечной
лузги
или
кукурузных
початков
и
приливают 43,5 г соляной кислоты и 90 мл воды. Колбу нагревают на
колбонагревателе и медленно отгоняют жидкость; по мере уменьшения объёма
жидкости в колбе из капельной воронки добавляют 12,5 г соляной кислоты и
130 мл вoды. Перегонку прекращают, когда объём дистиллята составит 175 мл.
Дистиллят
нейтрализуют
содой
(сода
прибавляется
небольшими
порциями при помешивании), насыщают порошкообразным хлоридом натрия и
осуществляют дальнейшую перегонку.
Отгоняют примерно 1/3 объёма смеси. Первые отгоны, представляющие
собой эмульсию, собирают отдельно. Эмульсии дают отстояться, отделяют
фурфурол, а водный слой присоединяют ко второй части дистиллята.
Дистиллят насыщают хлоридом натрия и 1/3 его отгоняют. Отгон снова
насыщают хлоридом натрия, экстрагируют эфиром три раза, добавляя эфир
небольшими порциями (по 25 мл). Перед вторым экстрагированием в дистиллят
снова добавляют хлорид натрия до насыщения.
Эфирную вытяжку присоединяют к фурфуролу и сушат прокалённым
сульфатом натрия.
Эфир осторожно отгоняют на водяной бане и остаток перегоняют с
воздушным холодильником, собирая фракцию 160-162°С. Выход 4-4,8 г.
98
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лабораторные работы по органической химии/ под ред. О.Ф. Гинзбурга и
А.А. Петрова. – М.: Высш. шк., 1982. – 269 с.
2. Практикум
по
органической
химии.
Синтез
и
идентификация
органических соединений/ под ред. О.Ф. Гинзбурга и А.А. Петрова. – М.:
Высш. шк., 1989. – 318 с.
3. Руководство к лабораторным занятиям по органической химии/ под ред.
Н.А. Тюкавкиной. – М.: Дрофа, 2002. – 384 с.
4. Гитис, С.С. Практикум по органической химии/ С.С. Гитис, А.И. Глаз,
А.В. Иванова. – М.: Высш. шк., 1991. – 303 с.
5. Храмкина, М.И. Практикум по органическому синтезу/ М.И. Храмкина. –
Л.: Химия, 1988. – 312 с.
6. Практикум по органической химии/ А.М. Симонов [и др.] – Ростов-наДону: Издательство Ростовского университета, 1971. – 144 с.
7. Гордон, А. Спутник химика/ А. Гордон, Р. Форд. – М.: Мир, 1976. – 541 с.
8. Справочник химика: в 6 т./ Ред.кол.: Б.П. Никольский (гл. ред.) [и др.] –
Л.: Химия, 1962 – 1967.
9. Химическая энциклопедия: в 5 т./ Ред. кол.: Н.С. Зефиров (гл. ред.) [и др.]
– М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.
10. Берштейн, И.Я. Спектрофотометрический анализ в органической химии/
И.Я. Берштейн, Ю.Л. Каминский. – Л.: Химия, 1986. – 200 с.
11. Идентификация органических соединений/ Р. Шрайнер [и др.] – М.: Мир,
1983. – 704 с.
12. Артёменко, А.И. Органическая химия: учеб. для строит. спец. вузов/
А.И. Артёменко. – М.: Высш. шк., 2000. – 559 с.
13. Артёменко, А.И. Практикум по органической химии/ А.И. Артёменко,
И.В. Тикунова, Е.К. Ануфриев. – М.: Высш. шк., 2001. – 187 с.
99
ПРИЛОЖЕНИЕ
Форма записи в рабочем журнале
Отчёт
студента _______________________ факультета ___________________________
группы ________________________ по синтезу ___________________________
название препарата
Работа начата ___________________ Окончена ____________________________
Название руководства _________________________________________________
1. Уравнение реакции _________________________________________________
Механизм реакции __________________________________________________
Уравнения побочных реакций ________________________________________
__________________________________________________________________
2. Свойства синтезируемого вещества по литературным данным:
мол. масса _______________, Тпл __________________, Ткип _______________
плотность _________________, показатель преломления __________________
Особенности препарата и побочных продуктов, которые необходимо
учитывать при синтезе (ядовитость, горючесть, летучесть) ________________
__________________________________________________________________
3. Свойства исходных веществ, применяемых в синтезе
Формула
Мол.
масса
Тпл, ºС
Ткип, ºС
Плотность,
г/см3
Содерж.,%
Примечание
4. Расчёт количеств веществ, необходимых для синтеза _____________________
____________________________________________________________________
100
5. Количество исходных веществ, применяемых в синтезе
Название
вещества
Количество вещества
по уравнению (в
граммах), исходя из
моля
заданного
количества
Количество вещества по
руководству
в персчёте
на заданное
г
мл
в пересчёте
на химически
чистое
г
мл
Избыток
Примечание
г
%
6. Теоретический выход (г, %) __________________________________________
Выход по руководству (г, %) _________________________________________
7. Схема прибора
8. Главные этапы синтеза ______________________________________________
9. Меры по технике безопасности _______________________________________
10. Разрешение преподавателя на проведение синтеза ______________________
11. Описание хода синтеза (описание операций, наблюдения, объяснения) ____
12. Очистка сырого продукта ___________________________________________
____________________________________________________________________
13. Константы полученных веществ. Выход (в граммах и в процентах от
теоретического) ______________________________________________________
14. Примечания ______________________________________________________
Подпись руководителя о зачёте
101