Практическая работа Азотсодержащие органические соединения Часть 1. Амины, азосоединения Цель работы Изучение физико-химических свойств аминов и нитросоединений. Оборудование и реактивы Плоксодонная колба, пробирки, пробка с газоотводной трубкой, стеклянная палочка, спиртовка, водяная баня, плитка, спиртовка, спички. Цинк Zn (гранулы) или олово Sn, ангидрид уксусной кислоты, нитробензол, анилин, β-нафтол; растворы: соляная кислота HCl (конц.), серная кислота H2SO4 (разб.); гидроксид натрия NaOH (разб. и конц.); бромная вода, хромовая смесь (дихромат калия K2Cr2O7 растворяют до насыщения в разб. серной кислоте, полученной из 1 мл конц. H2SO4 и 4 мл H2O), нитрит натрия NaNO2 (30%) 1%-ный хлорид железа (III) FeCl3 (1%); индикаторы: красная лакмусовая бумага, иодкрахмальная бумага, фенолфталеина; лед; фильтровальная бумага Экспериментальная часть24 Опыт 1. Восстановление нитробензола в анилин В пробирку поместите маленький кусочек цинка (или олова), 3 капли конц. соляной кислоты и 1 каплю нитробензола. Если реакция замедляется, то смесь нагрейте. Реакцию проведите до растворения металла, затем прилейте 2–3 капли соляной кислоты. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ К полученному раствору налейте с 2–3 капли бромной воды. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Опыт 2. Растворимость анилина и его солей в воде К 5–6 каплям аналина прилейте 2–3 мл воды. Тщательно перемешайте. Аналин ____________ растворяется в воде и образуется эмульсия. Красной и синей лакмусовой бумажкой проверьте реакцию среды в полученной эмульсии. ________________________________________________________________________________ Эмульсию анилина разделите на две пробирки. К первой части эмульсии аналина прилейте по каплям конц. соляную кислоту до образования хорошо расторимой в воде соли – хлорида фениламмония: ________________________________________________________________________________ В пробирку с полученной солью налейте конц. раствор гидроксида натрия: ________________________________________________________________________________ Во вторую пробирку добавьте по каплям 10%-ный раствор серной кислоты. После встряхивания и охлаждения наблюдайте выпадение ________________ осадка гидросульфата фениламмония. ________________________________________________________________________________ Опыт 3. Получение ацетанилида (тяга!) К 0,5 мл анилина прилейте по каплям 0,5 мл уксусного ангидрида, тщательно встряхните и охладите. Выпадает ________________ осадок ацетанилида. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Опыт 4. Окисление анилина К 2–3 каплям анилина прибавьте 1–2 капли хромовой смеси (K2Cr2O7 + разб. H2SO4). Наблюдайте образование сложной смеси – красителя «анилинового черного» и запишите изменения окраски. ________________________________________________________________________________ Опыт 5. Взаимодействие соли анилина с лигнином На кусочек бумаги (она всегда содержит много лингина) нанесите каплю солянокислую соль анилина. Наблюдаем _____________________ окрашивание. Повторите опыт, используя фильтровальную бумагу или ватман (чистая клетчатка). ________________________________________________________________________________ Опыт 6. Диазотирование анилина В небольшую плоскодонную колбу внесите 5 мл воды со сльдом, прилейте 1 мл анилина и перемешайте. Колбу поместите в воду со льдом и прилейте 1,5 мл конц. серной кислоты. Выпадает __________________ осадок гидросульфата фениламмония. К реакционной смеси по каплям при перемешивании и охлаждении добавьте 2,5 мл 30%-ного свежеприготовленного раствора нитрита натрия. По мере образования соли диазония (гидросульфата фенилдиазония) осадок соли анилина растворяется: NaNO2 + H2SO4 → HNO2 + NaHSO4 C6H5–NH2 + HNO2 + H2SO4 → [C6H5–N≡N]OSO3H + 2H2O Окончание реакции диазотирования проверьте по наличию в растворе извытка азотистой кислоты с помощ иодкрахмальной бумаги: если анилин продиазотирован полностью, то на бумаге появляется____________________окрашивание. Пробу проведите через 2–3 минуты после прибавления нитрита натрия. Если иодкрахмальная бумага не синеет, добавьте еще 1–2 капли раствора нитрита натрия и вновь повторите пробу. Полученный раствор диазосоединения разделите на три части и оставьте в охлаждаемой смеси для опытов 7, 8 и 9. Опыт 7. Разложение солей фенилдиазония Раствор соли фенилдиазония, полученный в опыте 6, поместите в горячую водяную баню (50–60°С) и нагревайте до прекращения выделения пузырьков азота. На поверхности жидкости образуется темное маслянистое пятно с характерным запахом фенола. [C6H5–N≡N]OSO3H + H2O → Для доказательства образования фенола добавьте каплю раствора хлорида железа (III). ________________________________________________________________________________ Опыт 8. Получение п-гидроксиазобензола В пробирку поместите несколько кристаллов фенола и добавьте 2 мл раствора гидроксида натрия до полного растворения фенола. ________________________________________________________________________________ Полученный раствор прилейте к соли диазония (гидросульфата фенилдиазония) из опыта 6 – образуется пгидроксиазобензол: [C6H5–N≡N]OSO3H + С6H5–ONa → + Na2SO4 + H2O Опыт 9. Получение кислотного азокрасителя (судан I) В пробирке растворите несколько кристаллов β-нафтола в 3 каплях раствора гидроксида натрия. К полученному раствору прилейте 2–3 капли ранее полученного гидросульфата фенилдиазония. ________________________________________________________________________________ Вывод: _________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Контрольные задания Написать схему перехода от метана к нитрометану и укажите условия. Написать структурные формулы а) 2-нитробутана, б) 3,3-диметил-2-нитропентана, в) 3,5-диметил-2нитрогексана, г) 4-нитропентена-2. 3. Привести уравнения реакций всех известных способов получения метиламина. 4. Привести уравнения реакций получения этиламина и 2-аминогексана из соответствующих спиртов и нитросоединений. 5. Написать структурные формулы: а) изопентиламина, б) втор-бутиламина, в) диметилизобутиламина. 6. Написать структурные формулы всех известных аминов, которые отвечают составу C 4H11N. На примере одного из них покажите, что амины проявляют свойства оснований. 7. Составить уравнения реакций: а) 1-бромпропан + диметиламин; б) пропиламин + азотистая кислота. Назвать продукты. 8. Предложить химические методы выделения в чистом виде трипро-пиламина из смеси с пропиламином и дипропиламином. 9. Привести уравнения реакций получения амида бутановой кислоты. 10. Как из метилбензола получить амид бензойной кислоты? 1. 2. Часть 2. Аминокислоты. Белки Цель работы Изучение физико-химических свойств аминокислот и белков. Оборудование и реактивы Водяная баня, воронка, пробирки, пробки, спиртовка, стакан, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, термометр. Карбонат меди (II) CuCO3 (к), растворы: белка (одно куриное яйцо и 0,2 л 3%-ного раствора NaCl), азотная кислота HNO3 (конц.), аммиак NH3 (конц.), гидроксид натрия NaOH (10% и 0,1 н.), глицин (2%), сульфат меди (II) CuSO4 (5%), нингидрин (0,1% раствор в ацетоне), ацетат свинца (II) (СН3СОО)2Рb (0,5%), сульфат аммония (NH4)2SO4 (насыщ.), хлорид железа FeCl3 (р-р), кусочек шерсти, аминоуксусная кислота (р-р), формалин, лимонная кислота (к), серная кислота H2SO4 (конц.), известковая вода, салициловой кислота (к) и ацетилсалициловая кислота (к), ледяная вода, реактив Фелинга, крахмал (0,1% в 0,3%-ом растворе NaCl), раствор Люголя (20 г иодистого калия и 10 г иода растворяют в 100 мл воды; для работы используют раствор, разведенный водой в 5 раз); амилаза слюны, раствор сахаразы (100 г сухих дрожжей растирают в ступке с 500 мл воды, фильтруют через бумажный фильтр, фильтрат используют как источник сахаразы), индикаторы: метиловый оранжевый, лакмус, фенолфталеин. Экспериментальная часть25 Опыт 1. Отношение аминокислот к индикаторам В две пробирки налейте по 1 мл 2%-ного раствора глицина и добавьте по 2 капли растворов индикаторов. Наблюдаем: ___________________________. То есть, водный раствор этой аминокислоты имеет ___________________________ реакцию среды. Моноаминомонокарбоновые кислоты в водных растворах существуют в виде биполярных ионов: H2N–CH2–COOH глицин биполярный ион Опыт 2. Реакция аминокислот с хлоридом железа (III) К 1 мл раствора глицина добавьте 2 капли раствора хлорида железа (III). ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Опыт 3. Действие формальдегида на аминокислоты В пробирку налейте 2 мл раствора глицина и добавьте по каплям подкрашенный фенолфталеином разб. раствор щелочи до появления неисчезающей слабой окраски. ________________________________________________________________________________ В другую пробирку налейте 2 мл раствора формалина и также добавляют по каплям раствор щелочи до появления слабой окраски. ________________________________________________________________________________ Затем смешайте обе окрашенные жидкости из первой и второй пробирок. При этом происходит обесцвечивание смеси, т. е. появление кислой реакции в результате смешения щелочных растворов. При дальнейшем постепенном добавлении к этой смеси окрашенного раствора щелочи окраска фенолфталеина продолжает исчезать. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Опыт 4. Образование медной соли аминоуксусной кислоты (характерна для α-аминокислот) В сухую пробирку внесите 0,5 г CuCO3 и 1,5–2 мл 2%-ного раствора глицина. Реакционную смесь нагрейте в пламени спиртовки. После нагревания хорошо видна синяя окраска раствора. Часть раствора перелейте в другую пробирку и добавьте 2 капли 10%-ного раствора NaOH. Осадок гидроксида меди (II) выпадает (не выпадает). Оставшуюся часть жидкости охладите в стакане с ледяной водой, протирая стенки пробирки стеклянной палочкой. Наблюдаем ________________________________________________________________. Опыт 5. Цветные реакции на белки 5.1. Биуретовая реакция. В пробирку налейте 1 мл раствора белка, добавьте 1–2 мл 10%-ного раствора NaOH и 1– 2 капли 4%-ного раствора CuSO4. При взбалтывании появляется ______________________________________________________окрашивание. 5.2. Нингидриновая реакция. К 2–3 мл раствора белка добавьте 2–3 капли 0,1%-ного раствора нингидрина в ацетоне. Содержимое пробирки перемешайте и нагрейте на кипящей водяной бане. Наблюдаем, что через 10–15 мин. Появляется ________________________ окраска. 5.3. Ксантопротеиновая реакция. Налейте в пробирку 1 мл раствора белка и прибавьте по 5–6 капель конц. HNO3. Наблюдаем _________________________________________________. Нагрейте смесь в пламени спиртовки до появления желтого окрашивания. Охладите пробирку и осторожно добавьте избыток аммиака. Наблюдаем _____________________________________________. Опыт 6. Реакции осаждения белков 6.1. Необратимое осаждение белков солями тяжелых металлов. В две пробирки налейте по 1–2 мл раствора белка, прибавьте по каплям в первую пробирку 0,5%-ный раствор (CH3COO)2Pb, во вторую – 5%-ный раствор CuSO4. Наблюдайте образование осадка в обеих пробирках. При добавлении избытка солей осадки ____________________________________. 6.2. Необратимое осаждение белков при нагревании. Налейте в пробирку 1–2 мл раствора белка и нагрейте на кипящей водяной бане. Наблюдаем ________________________________________________________________. 6.3. Высаливание белков (обратимые реакции осаждения). В пробирку налейте 1 мл раствора белка, добавьте 1 мл насыщенного раствора (NH4)2SO4 и слегка встряхните смесь. Наблюдаем _____________________________________________. Это осажденные глобулины. Содержимое пробирки отфильтруйте через сухой складчатый фильтр. Затем добавьте в фильтрат, содержащий альбумины, избыток сухого (NH4)2SO4 до прекращения его растворения. Наблюдаем _________________________________________________________________. Глобулины выпадают при полунасыщении растворов солями, альбумины – только при 100%-ном насыщении. Опыт 7. Реакция на серу В пробирку поместите комочек белой шерстяной пряжи + 0,5 мл раствора гидроксида натрия + 3–4 капли раствора ацетата свинца и нагрейте содержимое пробирки в пламени спиртовки. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Опыт 10. Влияние реакции среды на активность ферментов В три пробирки налейте по 1 мл раствора амилазы слюны (прополаскивают рот, затем набирают 10–15 мл дистиллированной воды и держат ее во рту в течение минуты, после чего сливают в стаканчик) и приготавливают пробы по схеме приведенной в таблице: HCl NaOH № Фермент, (0,1 Н2О, (0,1 пробы мл н), мл н), мл мл рН Крахмал, Реакция мл с иодом 1 1,0 0,5 - 1,5 <6,9 2,0 2 1,0 - - 2,0 6,9– 7,0 2,0 3 1,0 - 0,5 1,5 >7 2,0 После приготовления пробы ставят на инкубацию в водяную баню, нагретую до температуры 37°С на 8–10 мин. После чего из каждой пробы возьмите каплю раствора стеклянной палочкой (индивидуальной), нанесите ее на предметное стекло или фарфоровую пластинку и добавьте в нее каплю раствора Люголя. Пробу № 3 перед добавлением раствора Люголя нужно нейтрализовать в пробирке 0,1 н. раствором HCl, так как в щелочной среде реакция с иодом не идет. На основании проведенного опыта видно, что оптимум рН для амилазы слюны ___________________________. Опыт 11. Специфичность действия ферментов Специфичность действия ферментов изучите на примере глюкозидаз – амилазы слюны и сахаразы дрожжей. Об активности процесса при использовании в качестве субстрата крахмала (пробы № 1, 2) судят по реакции с иодом. Об активности процесса при использовании в качестве субстрата сахарозы (сахараза гидролизует сахарозу с образованием моносахаридов – глюкозы и фруктозы) (пробы № 3, 4) судят по реакции с раствором Фелинга. О прохождении гидролиза субстрата в пробах № 3, 4 свидетельствует получение при нагревании смеси сначала желтого, а затем красного цвета (нагрейте до начала кипения). Проведите работу в соответствии со следующей схемой: Результат Время Температура Реакция № Субстрат, Фермент, ининкубации, пробы 2 мл 1 мл кубации, Реакция с реак°С с иодом тивом мин. Фелинга 1 крахмал амилаза 37 15 - 2 крахмал сахараза 37 15 - 3 сахароза амилаза 37 15 - 4 сахароза сахараза 37 15 - После проведения опытов с раствором Люголя и реактивом Фелинга запишите результаты в таблицу. Специфичность действия амилазы и сахаразы: ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Вывод: _________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Контрольные задания 1. 2. 3. 4. 5. Написать проекционные формулы D- и L-глицериновой кислоты. Написать уравнения реакций формальдегида, изомасляного альдегида, метилбутанола, 4-метилгексанона3 с синильной кислотой. Провести гидролиз полученных соединений и назвать продукты. Привести реакции, протекающие при нагревании 3-аминобутановой кислоты; при взаимодействии аланина с пропанолом-2. Составить схемы реакций, при которых образуются: а) изопропиловый эфир 3-аминопропановой кислоты; б) хлорангидрид глицина. Из изобутанола получите валин.
