Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Воронежская государственная технологическая академия

Кафедра органической химии

Методические указания к проведению большого лабораторного практикума по органической химии

Для студентов, обучающихся по направлениям 655600 - «Производство продуктов питания из растительного сырья» специальностей 270100, 270300, 270400, 270500, и 655900 - «Производство сырья и продуктов животного происхождения» специальностей 270900, 271100 дневной формы обучения

органический химия вещество реактив соединение

Воронеж

2003

УДК 547.4 (07)

Методические указания к проведению большого лабораторного практикума по органической химии для студентов, обучающихся по направлениям 655600 - «Производство продуктов питания из растительного сырья» специальностей 270100, 270300, 270400, 270500, и 655900 - «Производство сырья и продуктов животного происхождения» специальностей 270900, 271100 дневной формы обучения / Воронеж. гос. технол. акад.; Сост. И.В. Перевёрткина, С.Г. Петухова, В.В. Хрипушин. Воронеж, 2003. 36 с.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОС ВПО подготовки инженеров направлений 655600 - «Производство продуктов питания из растительного сырья» (специальностей 270100, 270300, 270400, 270500) и 655900 - «Производство сырья и продуктов животного происхождения» (специальностей 270900, 271100) и предназначены для закрепления теоретических знаний цикла ЕН.05 - естественнонаучные дисциплины.

Рассмотрены основы техники безопасности при работе в лаборатории органического синтеза, методы синтеза и очистки веществ, правила составления отчёта, контрольные вопросы, приведён список литературы.

Ил. 8. Библиогр.: 6 назв.

Составители:

доценты И.В. Перевёрткина, С.Г. Петухова, В.В. Хрипушин

Научный редактор доцент В.М. Болотов

Рецензент профессор ВГУ А.С. Соловьёв

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

Перевёрткина И.В., Петухова С.Г., Хрипушин В.В., 2003

Воронеж. гос. технол. акад., 2003

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежской государственной технологической академии, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия академии запрещается.

Содержание

Введение

1. Правила безопасной работы в лаборатории органического синтеза

2. Работа с химическими реактивами

3. Работа с посудой

4. Первая помощь при несчастных случаях

5. Основная лабораторная химическая посуда

6. Методы выделения и очистки твёрдых органичеких веществ

7. Методы выделения и очистки жидких органических веществ

8. Образец оформления отчёта по работе

9. Методики синтеза органических соединений

10. Вопросы к коллоквиумам по темам выполнения работ

Библиографический список

Введение

На лабораторных занятиях по органической химии в третьем семестре студенты знакомятся с основами экспериментальных методов синтеза органических соединений. Осуществляют несложные синтезы, учатся выделять и очищать продукты реакций, устанавливать их физико-химические константы, пользоваться справочной литературой, составлять отчет о проделанной работе. Закрепляют и углубляют теоретические знания по темам: ”Углеводы”, ”Азотосодержащие и гетероциклические соединения”.

Перед выполнением лабораторных работ каждый студент сдает вступительный коллоквиум по теме: ”Правила безопасной работы и общие методы работы в лаборатории органической химии”.

Выполнение каждой лабораторной работы включает следующие этапы:

cдача теоретического коллоквиума по одной из тем;

проверка преподавателем оформленной части отчета, расчетов, схем установок, знания хода выполняемой работы;

синтез вещества, его очистка, определение констант и выхода;

сдача отчёта и полученного вещества.

Ниже приводится краткое содержание вступительного коллоквиума, форма отчета и контрольные вопросы к теоретическим коллоквиумам.

1. Правила безопасной работы в лаборатории органического синтеза

Работы проводятся только с разрешения преподавателя и в его присутствии.

Cтудент должен иметь хлопчато-бумажный халат.

На рабочем месте не должно быть лишней посуды и реактивов. Запрещается хранить в лаборатории верхнюю одежду.

При зажигании газовой горелки огонь вытянутой рукой подносят к месту несколько ниже верхнего края горелки, а затем открывают кран. Запрещается оставлять без присмотра зажженные горелки.

Запрещается бросать в раковину бумагу, песок и другие твердые остатки.

По окончании работы необходимо выключить газ, закрыть водопроводный кран, охладить установку, разобрать ее, помыть посуду, поместить ее в сушильный шкаф или сдать лаборанту, убрать рабочее место. Качество уборки рабочих мест проверяет дежурный по группе, который уходит из лаборатории последним с разрешения лаборанта.

2. Работа с химическими реактивами

1. На всех склянках с реактивами должны быть этикетки. Промежуточные продукты хранят в лабораторном шкафу в закрытой посуде с чёткой надписью.

2. При взвешивании сухих реактивов на чашу весов обязательно кладут бумагу. Просыпавшееся на стол вещество нельзя высыпать в банку, где оно хранилось.

3. При смешивании жидкостей жидкость с большей плотностью (концентрированные кислоты) приливают при перемешивании к жидкости с меньшей плотностью (вода).

4. Твёрдые щёлочи растворяют в воде небольшими порциями при перемешивании в термостойкой посуде.

5. Разлитые кислоты и щёлочи засыпают песком, нейтрализуют, после чего проводят уборку.

6. Огнеопасные жидкости нагревают только на банях с обратным водяным холодильником.

7. Приборы всегда должны иметь сообщение с атмосферой.

8. Запрещается вносить пористые вещества в нагретые жидкости и перегонять жидкости досуха.

9. Опыты с токсичными веществами проводят в вытяжном шкафу.

10. Нюхать вещества нужно направляя к себе пары движением руки.

11. Остатки реактивов сливают в специальную посуду с соответствующей этикеткой, находящуюся в вытяжном шкафу.

3. Работа с посудой

1. Перед использованием стеклянной посуды её осматривают на наличие трещин.

2. При нагревании высококипящих жидкостей пользуются только круглодонными колбами, заполненными не более чем на 2/3 объёма.

3. Водяные холодильники используют для жидкостей с температурой кипения <150 0С.

4. Стеклянную посуду нагревают на асбестовой сетке; пламя горелки не должно выбиваться из-под сетки.

5. Стеклянную посуду закрепляют нежестко только в обрезиненные лапки.

6. Посуду, в которой находились концентрированные кислоты или щёлочи, моют немедленно.

7. Вставляя стеклянную трубку в пробку, нужно держать её близко к вставляемому концу и слегка ввинчивать, предварительно смазав глицерином.

8. Пробка должна входить в отверстие на 1/3-1/2 своей высоты.

4. Первая помощь при несчастных случаях

1. При мелких порезах стеклом - извлечь осколки из раны, смазать её раствором c массовой долей йода 3 % , перевязать. При глубоких порезах - наложить жгут, туго перевязать, обратиться к врачу.

2. При лёгких термических ожогах смочить ожог спиртом, смазать сульфидиновой эмульсией. При сильном ожоге - покрыть рану стерильной повязкой, обратиться к врачу.

3. При ожогах кислотой ожог хорошо промыть водой, затем раствором c массовой долей бикарбоната натрия 3%.

4. При ожогах щёлочью - ожог промыть водой, затем раствором c массовой долей уксусной кислоты 1 %.

5. При попадании кислоты или щёлочи в глаз - промыть водой, затем раствором борной кислоты c массовой долей 2 %, если в глаз попала щёлочь, или раствором соды c массовой долей 3 %, если в глаз попала кислота; затем закапать одну каплю касторового масла и отправить к врачу.

5. Основная лабораторная химическая посуда

Химические стаканы. Мерные цилиндры.

Колбы (рис. 1):



Рис. 1. Колбы

1,2- круглодонные; 3,4- плоскодонные; 5-Вюрца; 6- Бунзена

Холодильники (рис. 2):

Рис. 2. Холодильники

1 - воздушный;

2, 3, 4- водяные (Либиха, шариковый, змеевиковый)

Насадки (рис. 3):

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Насадки

алонж; 2- водоотделитель; 3,4- дефлегматоры;

5- хлоркальциевая трубка

 Воронки (рис. 4):

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Воронки

1 - обычные; 2,3-делительные (капельные); 4 - воронка Бюхнера

Фарфоровые чашки, тигли, ступки, пестики.

Бани.

6. Методы выделения и очистки твёрдых органических веществ

Перекристаллизация

Метод очистки твёрдых органических веществ перекристаллизацией основан на различной растворимости очищаемого вещества в горячем и холодном растворителе, а так же на разной растворимости основного вещества и примесей. Процесс перекристаллизации заключается в приготовлении насыщенного раствора вещества в кипящем растворителе, который горячим фильтруют для удаления механических примесей. При охлаждении этого происходит кристаллизация очищаемого вещества, а примеси остаются растворёнными в маточном растворе.

Кристаллы отфильтровывают от маточного раствора, промывают растворителем и высушивают.

О чистоте препарата судят по его температуре плавления (tпл). Если tпл осталась без изменения, продукт можно считать чистым. Если tпл повысилась, то продукт перекристаллизовывают до тех пор, пока tпл не будет изменяться. Чистое вещество плавится в интервале температур 0,5-1 0С.

Выбор растворителя

При выборе растворителя руководствуются правилом: «подобное растворяется в подобном». Выбор растворителя проводят опытным путём в пробирках с малым количеством вещества. Растворимость очищаемого вещества на холоде должна быть небольшой и резко возрастать при нагревании.

Растворитель непригоден, если 0,5 г вещества не растворяется в 3 см3 растворителя при кипячении. Температура кипения растворителя должна быть ниже температуры плавления очищаемого вещества не менее чем на 10-15 0С.

Если не удаётся подобрать индивидуальный растворитель, применяют смеси растворителей, в одном из которых вещество растворяется хорошо, а в другом - плохо.

Этапы проведения перекристаллизации

Приготовление насыщенного раствора

Если перекристаллизацию проводят из воды, собирают следующую установку: на кольцо с асбестовой сеткой устанавливают стакан, помещают в него очищаемое вещество, добавляют небольшую порцию растворителя, доводят до кипения. Если вещество не растворилось при кипячении в течение 10 мин, то периодически добавляют 5-10 см3 растворителя и кипятят до полного растворения осадка. При работе с неводными растворителями насыщенный раствор готовят на водяной бане 1 в круглодонной колбе 2 с обратным холодильником 3 (рис. 5).

1. Горячее фильтрование

Для удаления механических примесей кипящий раствор фильтруют через складчатый фильтр, помещают в воронку с коротким кончиком, укреплённую в кольце над стаканом. Если на фильтре выделяются кристаллы, их переносят в стакан, в котором готовился насыщенный раствор, растворяют и вновь фильтруют. Для предотвращения выделения кристаллов можно использовать воронку с электрическим обогревом.

2. Кристаллизация

3. Для ускорения кристаллизации стакан с горячим насыщенным раствором помещают в холодную баню, можно поместить в раствор «затравку» (кристаллик того же вещества) или потереть стеклянной палочкой о стенки стакана.

4. Вакуумное фильтрование

Кристаллы отделяют от маточного раствора с помощью воронки Бюхнера и присоединённой к насосу колбы Бунзена. Фильтр должен закрывать все отверстия дна воронки и не прилегать к её стенкам. Перед фильтрованием фильтр смачивают растворителем, включают насос, чтобы фильтр придавило к воронке, а затем начинают фильтрование. Когда капли маточного раствора перестанут появляться на конце воронки Бюхнера, кристаллы промывают 5 см3 растворителя, предварительно отсоединив колбу Бунзена от насоса, а затем снова подключают к насосу и отжимают стеклянной пробкой.

5. Высушивание

Вынимают воронку из колбы Бунзена, шпателем отделяют фильтр от воронки, опрокидывают её на плотный лист бумаги и сушат осадок вместе с фильтром на воздухе. Фильтр удаляют после высыхания кристаллов.

6. Упаривание

С целью повышения концентрации растворённого вещества в воде производят упаривание водного раствора в фарфоровой чашке на песчаной бане.

Возгонка

Возгонка - это процесс очистки твёрдого органического вещества в результате испарения твёрдого вещества и последующей конденсации пара в твёрдое состояние, минуя жидкую фазу. Этим способом очищают вещества, имеющие большое давление пара при сравнительно невысокой температуре.

Для возгонки вещество помещают в фарфоровую чашку 1 (рис. 6), накрывают её листом фильтровальной бумаги 2 с мелкими проколами (20-30 отверстий) и плотно прижимают бумагу опрокинутой стеклянной воронкой 3, отверстие которой закрыто ватой 4.

Чашку с веществом нагревают на песчаной бане 5, снабжённой термометром, помещённым в пробирку с глицерином. Ртутный шарик термометра находится на уровне дна фарфоровой чашки. Температура бани должна быть на 10-20 0 С ниже tпл вещества.

Для охлаждения на внешнюю поверхность воронки помещают влажную фильтровальную бумагу. Когда на стенках воронки появится налёт вещества, прибор оставляют при данной температуре на 1-2 ч. За это время возгоняющееся вещество будет проникать через отверстия в фильтровальной бумаге и оседать на внутренних стенках воронки в виде крупных кристаллов. Часть кристаллов при этом будет падать и задерживаться на фильтровальной бумаге.

По окончании возгонки снять чашку с песчаной бани, дать прибору охладиться, а затем собрать кристаллы.

7. Методы выделения и очистки жидких органических веществ

Часто синтезируемое жидкое органическое вещество содержит примеси растворителя, продуктов побочных реакций, исходных веществ, не вступивших в реакцию, влагу. Для выделения и очистки жидкого продукта используют методы экстракции, обезвоживания, перегонки.

Экстракция

Экстракция - способ выделения вещества из раствора с помощью второго растворителя, несмешивающегося с первым. Вещество перераспределяется между растворителями, которые имеют границу раздела, поэтому могут быть разделены. Повторяя операцию несколько раз, можно полностью извлечь вещество из раствора.

Экстракцию проводят в делительной воронке (рис. 4, поз. 2). Перед началом работы шлифы воронки смазывают вазелином и, налив немного растворителя, проверяют её на герметичность. Только после этого в воронку наливают раствор и экстрагент в количестве 1/3 - 1/5 от объёма раствора. Если растворители огнеопасны, следует погасить все расположенные рядом горелки. Воронку плотно закрывают пробкой, переворачивают краном вверх, осторожно открывают кран для сброса избыточного давления, возникающего вследствие испарения растворителей. Затем кран закрывают и, придерживая кран и пробку, плавными движениями многократно переворачивают воронку вверх-вниз, время от времени стравливая избыточное давление. Энергично встряхивать содержимое воронки не рекомендуется, т.к. образуются стойкие эмульсии, для разрушения которых требуется длительное отстаивание.

Экстракцию проводят 2-5 мин. Затем воронку укрепляют за горло в штативе, подставив под кран стакан. После расслоения открывают пробку воронки, нижний слой сливают через кран в стакан, а верхний слой выливают через горло в другой стакан. Экстрагент с растворённым веществом может быть и в нижнем, и в верхнем слое в зависимости от плотности растворителей.

Для наиболее полного извлечения органического вещества процесс повторяют 2-5 раз с новыми порциями экстрагента. Многократная экстракция несколькими малыми порциями эффективнее однократной со всем количеством экстрагирующего растворителя. После экстракции все порции экстрагента с растворённым веществом объединяют, сушат и отгоняют растворитель. Для очистки полученное вещество перегоняют.

Высушивание жидкостей

Одной из нежелательных и наиболее распространённых примесей в органическом веществе является вода. Очистка вещества от примеси воды называется высушиванием (сушкой). Для этого применяют неорганические осушители, которые эффективно связывают воду в результате химического взаимодействия с ней или образования кристаллогидратов. Осушитель не должен химически взаимодействовать с высушиваемым веществом или растворяться в нём.

Таблица 1. Вещества, применяемые для сушки

Осушающее вещество	Вещества, которые можно сушить
P2O5	Углеводороды, галогенпроизводные, сероуглерод
NaOH, KOH	Амины, простые эфиры, углеводороды
K2CO3	Кетоны, амины, спирты
Na	Углеводороды, простые эфиры, третичные амины
CaCl2	Углеводороды, кетоны, простые эфиры, галогенопроизводные
Na2SO4, MgSO4	Альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, галогенопроизводные, простые и сложные эфиры, растворы веществ, изменяющихся под действием кислых или основных осушителей

Осушители отличаются степенью универсальности и эффективностью удаления примеси воды. В табл. 1 приведены сведения о применимости различных осушителей. Наиболее универсальными являются хлорид кальция CaCl2, сульфат натрия Na2SO4, сульфат магния MgSO4, применяемых в виде плавленых или свежепрокалённых гранул.

Жидкость, которую нужно высушить, наливают в плоскодонную колбу, насыпают туда тонким слоем осушитель, закрывают сосуд пробкой и периодически встряхивают. Чтобы снизить потери вещества от адсорбции на осушителе, его массовая доля в растворе не должна превышать 3 %.В процессе высушивания часть осушителя, поглощая воду, расплывается, а мутная органическая жидкость становится прозрачной. Сушка продолжается от нескольких часов до нескольких дней. Высушенную жидкость сливают с осушителя декантацией или фильтруют через складчатый фильтр в сухую перегонную колбу и перегоняют. Если осушитель не будет отфильтрован, то большая часть воды при нагревании снова окажется в полученном при перегонке дистилляте.

Перегонка

Перегонка - очистка и разделение жидких веществ, основанная на различии их температур кипения. Жидкость закипает, когда давление пара над ней становится равным внешнему давлению. Температура, при которой жидкость кипит при давлении 760 мм. рт. ст., называют температурой кипения (tк). Она индивидуальна для каждого жидкого вещества. Если внешнее (атмосферное) давление уменьшается, уменьшается и температура кипения жидкости.

Жидкость нагревается до кипения, пары направляются в холодильник, конденсат собирают в приёмники индивидуально для каждого компонента. За ходом перегонки наблюдают по показаниям термометра, показывающего температуру паров жидкости. Определение tк каждого из перегоняющихся компонентов смеси служит методом идентификации вещества при его перегонке. Если перегоняется чистое вещество, показания термометра в ходе перегонки остаются неизменными в интервале 1-2 0С и соответствуют справочным данным. Широкий интервал температур («ползущая» температура) говорит о том, что вещество загрязнено и нуждается в дополнительной очистке.

Вещества, не разлагающиеся при tк , перегоняют при атмосферном давлении, Органические вещества, имеющие высокую tк и разлагающиеся при этой температуре, перегоняют при пониженном давлении (перегонка в вакууме), т.к. при уменьшении давления жидкость закипает при более низкой температуре и её удаётся перегнать без разложения.

Для уменьшения температуры кипения вещества применяют также перегонку с водяным паром, в которой пары вещества перегоняются вместе с парами воды при 100 0C, что предохраняет вещество от разложения, если оно химически не взаимодействует с водой и не смешивается с ней.

1. Простая перегонка при атмосферном давлении



Простая перегонка применяется в том случае, когда температуры кипения веществ, входящих в состав перегоняемой смеси, значительно отличаются друг от друга - удовлетворительное разделение возможно при условии, что разница в температурах кипения перегоняемых жидкостей не менее 80 єС. Если различие в температурах кипения меньше, для удовлетворительной очистки необходимо применять другие виды перегонки, например, фракционную. Простая перегонка удобна для очистки веществ от труднолетучих примесей.

Установка для простой перегонки (рис. 7) состоит из колбы Вюрца, нисходящего холодильника, алонжа и приемника. В горло перегонной колбы вставляют термометр таким образом, чтобы ртутный шарик находился примерно на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки, для того, чтобы он хорошо омывался парами перегоняемой жидкости и правильно показывал температуру кипения той жидкости, которая собирается в приемнике. Размер колбы Вюрца должен быть таким, чтобы перегоняемая жидкость не занимала более 2/3 объема.

Холодильник из которого конденсат не попадает обратно в перегонную колбу, а направляется в приемник, называется прямым или нисходящим холодильником. Если температура перегоняемой жидкости ниже 140-150 єС, в качестве прямого холодильника используется холодильник с водяной рубашкой - холодильник Либиха. Следует следить за тем, чтобы во время перегонки вода непрерывно поступала в холодильник и эффективно охлаждала внутреннюю трубку, так как в противном случае пары жидкости не будут конденсироваться и может возникнуть пожар или взрыв. Если температура перегоняемой жидкости выше 130-150 0С, воду в водяной рубашке не включают, так как из-за большой разности температур стеклянный холодильник может лопнуть. Для перегонки таких жидкостей следует применять воздушный холодильник - прямую стеклянную трубку без рубашки.

Холодильник соединяют с алонжем, снижающим потери низкокипящего вещества за счёт испарения. Приемником могут служить различные плоскодонные колбы (не стаканы, в которых велика поверхность испарения). Все детали установки, кроме алонжа и приемника, плотно соединяются друг с другом на пробках.

Внимание! Каждая установка, не предназначенная для работы под давлением, должна иметь сообщение с атмосферой! Иначе при нагреве и повышении давления возможен взрыв!

В установке для простой перегонки сообщение с атмосферой - между алонжем и приемником, здесь пробки быть не должно. В отдельных случаях, если вещество разлагается влагой воздуха, то применяют особый алонж с отводом для хлоркальциевой трубки. Если перегоняют легкоиспаряющиеся жидкости, приемник помещают в баню со льдом.

Выбор нагревательного прибора зависит от температуры кипения перегоняемой жидкости, ее горючести и взрывоопасности. Работа с низкокипящими жидкостями (диэтиловый эфир - т. кип. 36 0С, петролейный эфир - т. кип. 3080 0С) требует особой осторожности - их следует нагревать теплой водой без нагревательного прибора. Жидкости с температурой кипения от 50 до 100 0С перегоняют на водяной бане, которую нагревают на плите или газовой горелке, пламя горелки при этом не должно выходить за края водяной бани. Жидкости с температурой кипения более 100 0С нагревают на песчаной бане, асбестовой сетке, на воздушной или масляной бане.

Установку для простой перегонки собирают на двух штативах следующим образом:

на первом штативе ставят горелку; на расстоянии 6-8 см от кончика горелки закрепляют кольцо, на которое помещают асбестовую сетку или баню. На штативе лапкой закрепляют круглодонную колбу с насадкой Вюрца с пробкой на отводе;

на втором штативе наклонно закрепляют холодильник Либиха, не присоединяя его к колбе, причем винт, закрепляющий холодильник в лапке, должен быть сверху;

регулируют высоту и наклон холодильника таким образом, чтобы он оказался на прямой линии с отводом насадки Вюрца, после чего откручивают винт лапки холодильника и надвигают его на отвод насадки Вюрца, соединяют с пробкой и слегка закручивают винт;

после этого на пробку холодильника надевают алонж и без пробки подставляют под него приемник;

в последнюю очередь вставляют в колбу термометр на пробке.

После того, как установка собрана и показана преподавателю, вынимают пробку с термометром, заливают перегоняемую жидкость, бросают для равномерного кипения «кипелки» (кусочки битого фарфора, кирпича), вставляют пробку с термометром, включают проточную воду в холодильнике и начинают перегонку. Нагревание регулируют таким образом, чтобы при перегонке в приемник в течение 1 сек. падало не более 1-2 капель дистиллята.

Внимание! Кипелки помещают только в холодную жидкость. Если Вы начали нагревание и вспомнили, что в колбу забыли положить кипелки - ни в коем случае не бросайте их в нагретую жидкость! Возможен взрыв и пожар!

Прекращают перегонку, когда в колбе останется 1-2 см3 жидкости. Никогда не перегоняют досуха!

Многие вещества при перегонке окисляются в гидроперекиси, которые накапливаются к концу перегонки и в сухом состоянии взрываются.

Фракционная перегонка

Фракционная перегонка используется для разделения смеси веществ с близкими температурами кипения. Для эффективного разделения смеси используют специальные колонки (в ректификации) или дефлегматор (в перегонке с дефлегматором).

На эффективных ректификационных колонках, используемых в промышленности или в научных исследованиях, можно разделить жидкости, отличающиеся по температуре кипения менее чем на 1 єС.

Упрощенным вариантом фракционной перегонки является перегонка с дефлегматором (рис. 8), которая может в зависимости от типа и длины дефлегматора разделить жидкости с разницей температур кипения не менее 10 єС.

Для фракционной перегонки между перегонной колбой и холодильником используют ректификационную колонку или дефлегматор (в качестве перегонной колбы при этом берется не колба Вюрца, а обычная круглодонная колба без отвода).

При фракционной перегонке в дефлегматоре за счет охлаждения наружным воздухом часть паров конденсируется, а пары, идущие в холодильник, обогащаются более летучим компонентом смеси. По показаниям термометра делят вещество на фракции. 1-я фракция будет содержать низкокипящее вещество в большом количестве с примесью высококипящего, 2-я фракция - смесь обеих веществ, 3-я фракция - высококипящее вещество с примесью низкокипящего.

Для полного разделения смеси на компоненты применяют повторные перегонки полученных фракций.

Все правила сборки установки и работы - те же, что и для простой перегонки.

Установка собирается на 3-х штативах:

на первом - нагреватель и колба с дефлегматором;

на втором - наклонный холодильник;

на третьем - кольцо с приемником.

Прежде, чем приступить к перегонке, необходимо подготовить нужное количество приемников, поставив на каждом из них номер и подставлять их в порядке очередности. Одновременно необходимо вести запись температур, в пределах которых собиралась данная фракция.

8. Образец оформления отчёта по работе

Титульный лист

Воронежская государственная технологическая академия

Кафедра органической химии

Отчёт

студента (фамилия, имя, отчество) группы (группа)

по синтезу бензойной кислоты из 5 г бензилового спирта

Работа начата: (дата)

Работа окончена: (дата)

Подпись:(подпись)

Воронеж - (текущий год)

Внимание: пункты I-VII, X заполняются до выполнения экспериментальной работы.

1. Структурная формула и свойства синтезируемого вещества

бензойная кислота

Физические свойства (приводятся из справочника - см. список литературы):

1. Молекулярная масса М = 122,05 г/моль;

2. Температура плавления tпл = 122 єС;

3. Температура кипения tкип = 249 єС;

4. Плотность = 1,2659 г/см3;

5. Цвет - бесцветные иглы или листочки;

Химические свойства (приводятся по аналогии с химическими свойствами веществ данного класса, изложенными в учебной литературе; ориентировочно - по три реакции на углеводородную цепь и каждую функциональную группу):



1. Методика выполнения синтеза приводится из одного из практических руководств по органическому синтезу.

В круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 50 см3 воды, 3,5 г измельчённого KMnO4 , хорошо перемешивают для растворения и медленно, маленькими порциями добавляют 3 г. (2,9 см3) бензилового спирта.

Колбу соединяют с обратным холодильником и нагревают на песчаной бане при частом перемешивании в течение 20 мин до исчезновения фиолетового цвета. Если окраска раствора после нагревания не исчезла, через обратный холодильник осторожно добавляют в горячий раствор 0,5 см3 бензилового спирта.

По окончании реакции и охлаждения раствора отфильтровывают на воронке Бюхнера выпавшую в осадок двуокись марганца. Осадок два раза промывают 5 см3 горячей воды. Фильтрат упаривают в фарфоровой чашке на песчаной бане до 1/3 объёма.

Полученный бензоат натрия переводят в свободную кислоту действием разбавленной HCl до кислой среды по индикаторной бумаге.

Выпавшую бензойную кислоту отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают и сушат на фильтровальной бумаге. Если высушенный продукт содержит окрашенные примеси, её подвергают возгонке.

2. Уравнения основных реакций берётся из методики выполнения синтеза - см. п. 2.



3. Суммарная реакция:

4. Физические свойства и количественные соотношения исходных веществ, применяемых при синтезе.

Образец проведения расчёта количества исходных веществ в пересчёте на заданное количество - 5 г бензилового спирта.

Приводится в виде таблицы (см. таблицу 2).

В графу 1 вносятся все исходные вещества, приводимые в методике синтеза (см. п. II).

Данные для заполнения граф 2-6 берутся из справочников и методических руководств.

Графы 7-9 рассчитываются пропорционально суммарному уравнению реакции, приведённому в п. III:

3 М.м. 4 М.м. 3 М.м. 3 М.м. 5 г. x y z

В соответствующие графы (8, 10, 12) помещают заданное количество исходного вещества: 5 г бензилового спирта. Это составляет моля (в графы 9, 13) и см3 (в графу 11).

В графе 7 приводят количества исходных веществ в молях, соответствующие уравнениям реакций:

Для KMnO4: моля;

Для HCl: моля;

Зная молярные массы веществ, находят их массы в граммах (в графу 8):

Для KMnO4: 0,061 158,4 = 9,7 г;

Для HCl: 0,046 36,5 = 1,7 г.

Аналогично вычисляют теоретический выход продукта - бензойной кислоты: 0,046 122,5 = 5,6 г;

Эта величина не заносится в таблицу, но приводится далее при оформлении отчёта в пункте 7.

Графы 10-13 рассчитываются пропорционально количествам исходных веществ, приведённых в прописи (см. пункт 2):

По методике синтеза берётся	На заданное количество следует взять
Бензиловый спирт KMnO4 H2O HCl	3 г (2,9 см3) 3,5 г 50 см3 до кислой среды	5 г x г. y см3 до кислой среды

Расчёты для бензилового спирта:

в графе 10 - заданная масса 5 г;

в графе 11 - объём заданного количества спирта, рассчитанный из массы вещества и его плотности (см. выше):

в графе 12 - масса химически чистого вещества (при массовой доле 100% всё вещество является химически чистым, и эта цифра совпадает с цифрой в графе 10). Если массовая доля составляет 50%, то находят 50% от массы в графе 10 и помещают величину в графу 12);

в графе 13 - количество химически чистого вещества в молях, полученное при делении массы вещества из графы 12 на его молекулярную массу.

Расчёты для перманганата калия:

в графе 10 - масса (г), рассчитанная по пропорции:

;

в графе 11 - прочерк;

Внимание: объём для твёрдых веществ не рассчитывается!

в графе 12 - масса химически чистого вещества (при массовой доле 100% идентична цифре в графе 10): 5,83 г.;

в графе 13 - количество химически чистого вещества в молях, полученное при делении массы вещества из графы 12 на его молекулярную массу.

Расчёт объёма воды Vводы:

. (3)

Масса воды, рассчитанная из полученного количества воды и её плотности:

mводы = 67 см3 1 г/см3 (4)

5. Теоретический выход синтезируемого вещества

3 моля C6H5CH2OH108 г/моль 3 моля C6H5COOH 122 г/моль

взято C6H5CH2OH 4 г теоретический выход в г (MБК)

(5)

Таблица 2. Свойства и количественные соотношения исходных веществ, применяемых при синтезе

Молекуляр-ная масса, г/моль	Температура плавления, ОС	Температура кипения, ОС	Плотность, г/см3	Массовая доля, %	Количества веществ по прописи в пересчёте на заданное количество	Названия и формулы исходных веществ
					в см3	3,83
108,14	Температура плавления, ОС	Температура кипения, ОС	Плотность, г/см3	Массовая доля, %	в г	4,0	Бензиловый спирт С6Н5СH2OH
108,14	Температура плавления, ОС	Температура кипения, ОС	Плотность, г/см3	Массовая доля, %	в см3	3,83	Перманганат калия KMnO4
108,14	Температура плавления, ОС	Температура кипения, ОС	Плотность, г/см3	Массовая доля, %	в г	4,0	Соляная кислота HCl
108,14	Температура плавления, ОС	Температура кипения, ОС	Плотность, г/см3	Массовая доля, %	в см3	3,83	Вода H2O
108,14	Температура плавления, ОС	Температура кипения, ОС	Плотность, г/см3	Массовая доля, %	в г	4,0	Бензойная к-та С6Н5СOOH

6. Схемы установок, применяемых при синтезе

круглодонная колба;

холодильник Либиха;

воронка Бюхнера;

колба Бунзена;

песчаная баня;

чашка для выпаривания.

7. Техника безопасности

Нельзя прибавлять к бензиловому спирту твёрдый KMnO4 - возможен взрыв! Добавляют только водный раствор соли.

Запрещается оставлять действующие установки без присмотра.

8. Получено чистого вещества: 2,1 г бензилового спирта.

Пункт 9 заполняется после проведения эксперимента и сдачи синтезируемого вещества преподавателю.

9. Расчёт практического выхода вещества в %

Теоретический выход бензойной кислоты 4,52 г - 100 %

Получено чистого вещества - x %

.(6)

9. Методики синтеза органических соединений

Натриевая соль n-толуолсульфокислоты

Основные реакции:

Побочные реакции:

В длинногорлую круглодонную колбу на 200 см3, снабжённую обратным водяным холодильником, помещают 16 см3 толуола и 9,5 см3 концентрированной серной кислоты (d=1,84 г/см3), прибавляют несколько кипелок и на асбестовой сетке нагревают смесь до кипения.

Как только смесь закипит, огонь регулируют так, чтобы смесь слабо кипела в течение часа. Чрезмерное нагревание способствует образованию дисульфопроизводных. Реакционную смесь хорошо перемешивают каждые 2-3 мин, встряхивая колбу, что способствует хорошему выходу и ускоряет реакцию.

Через час теплую реакционную смесь выливают в стакан с 70 см3 воды, колбу споласкивают небольшим количеством воды. Если смесь в колбе начнет кристаллизоваться, то ее необходимо подогреть. Кислый раствор осторожно нейтрализуют бикарбонатом натрия (8 г), затем добавляют 20 г NaCl. Смесь нагревают до кипения на асбестовой сетке. Если NaCl не растворяется, добавляют немного воды.

Раствор хорошо охлаждают. Выпавшие кристаллы продукта отсасывают на воронке Бюхнера и сушат на воздухе на листе фильтровальной бумаги.

-нафтолоранж

Основные реакции:

В стакане растворяют при мягком нагревании 5 г сульфаниловой кислоты в 12,5 см3 2 моль/дм3 раствора NaOH, для перевода в растворимую в воде натровую соль и прибавляют раствор 2 г азотистокислого натрия в 25 см3 воды. Далее при охлаждении льдом (0-5 єС) и помешивании полученный раствор приливают к 12,5 см3 2 моль/дм3 раствора HCl. Затем при комнатной температуре полученную взвесь n-диазо-бензолсульфокислоты приливают при помешивании к щелочному раствору -нафтола (2 г NaOH растворяют в 40 см3 воды и добавляют 3,6 г -нафтола).

Через некоторое время начинается кристаллизация оранжево-желтых кристаллов красителя. Перемешивание продолжают 30 мин. Для уменьшения растворимости красителя добавляют 25 г NaCl и оставляют стоять стакан на льду 1 час, периодически перемешивая смесь. Кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой, сушат на воздухе.

Изоамилацетат

Основная реакция:

В круглодонную колбу с водоотделителем и обратным водным холодильником помещают 27,7 см3 изоамилового спирта и 14,3 см3 уксусной кислоты. Прибавляют 2-4 капли концентрированной H2SO4 и бросают несколько кипелок. Смесь кипятят на песчаной бане. (Постепенно в ловушке собирается вода: реакцию заканчивают, когда выделится количество воды, примерно равное рассчитанному).

Полученный эфир переносят в делительную воронку, промывают водой, затем раствором с массовой долей соды 5 % и вновь водой (до нейтральной реакции) и сушат Na2SO4.

Затем продукт переносят в колбу, снабженную дефлегматором. Основная фракция отгоняется при 138-142 0С.

10. Вопросы к коллоквиумам по темам выполнения работ

Тема: Методы очистки органических соединений

Перекристаллизация

На чём основан метод перекристаллизации?

Перечислите основные этапы перекристаллизации.

Каким требованиям должен удовлетворять растворитель?

Как подобрать растворитель для перекристаллизации?

Как приготовить насыщенный раствор в воде? В летучем растворителе?

Как освобождают раствор от механических примесей?

Как ускорить кристаллизацию?

Как подготовить установку для вакуумного фильтрования?

Расскажите о правилах вакуумного фильтрования.

Как высушивают кристаллы после перекристаллизации?

Как определить чистоту кристаллического вещества?

Какое вещество можно считать чистым?

Возгонка

Что такое возгонка?

В каких случаях можно применять данный метод?

В каком приборе производят возгонку?

Для чего при возгонке устанавливают термометр в нагревательную баню?

Почему между воронкой и веществом помещается фильтровальная бумага с отверстиями?

Как производится охлаждение оседающих кристаллов?

Экстракция

На чём основан метод экстракции?

Каким условиям должен удовлетворять растворитель, применяемый для экстракции?

Какой прибор применяют для экстракции и как его подготовить к работе?

Зачем необходимо периодически открывать кран делительной воронки?

Почему производится перемешивание смеси в делительной воронке? Зачем это делается?

Как освобождают делительную воронку после экстракции?

Как повысить эффективность экстракции?

Высушивание

Как органическое вещество можно освободить от влаги?

Каким требованиям должен удовлетворять осушитель?

На чём основано действие осушителя?

Опишите, как производят сушку органической жидкости и как её освобождают от осушителя?

Почему осушитель должен быть удалён из жидкости перед перегонкой?

Перегонка

Для чего производят перегонку?

Что такое температура кипения вещества? Как она может быть понижена?

Как отличить перегонку смеси от перегонки чистого вещества?

В каких случаях при перегонке применяют холодильник Либиха, в каких - воздушный холодильник? Почему?

Опишите правила установки термометра.

Для чего нужен алонж?

Почему установка должна иметь сообщение с атмосферой? Где оно осуществляется при перегонке?

Для чего применяются кипятильные камешки? Как их правильно использовать?

Правила сборки установки. Как правильно присоединить холодильник к отводной трубке колбы Вюрца?

С какой скоростью ведут перегонку и как эту скорость регулируют?

Когда прекращают перегонку?

Как перегоняют смеси с резко отличающимися и близкими температурами кипения компонентов?

Каково назначение дефлегматора?

Когда необходима перегонка в вакууме?

Какие вещества перегоняют с водяным паром и при какой температуре?

Тема: Нитросоединения

Строение нитрогруппы. Получение нитросоединений: нитрование углеводородов в газовой фазе, нитрование бензольного ядра, получение из галогенопроизводных.

Химические свойства: особенности восстановления ароматических нитросоединений от pH среды, действие щелочей, таутомерия, конденсация с альдегидами, реакции с азотистой кислотой.

Тема: Диазо- и азосоединения

1. Ароматические диазосоединения: получение, строение, кислотно-основные свойства и таутомерия.

2. Реакции с выделением азота: замещение диазогруппы на водород, гидроксил, галогены, цианогруппу, металлы.

3. Реакции без выделения азота: восстановление, азосочетание с аминами и фенолами.

4. Амино- и оксиазокрасители. Хромофоры. Ауксохромы.

Тема: Гетероциклические соединения

1. Пятичленные гетероциклические соединения: фуран, тиофен, пиррол. Строение. Получение.

2. Электрофильное замещение: галогенирование, ацилирование, сульфирование, нитрование.

3. Пиридин. Строение. Получение. Основность. Реакции нуклеофильного и электрофильного замещения. Восстановление.

Библиографический список

1. Лабораторные работы по органической химии/ Под ред. О.Ф. Гинзбурга и А.А. Петрова. - М.: Высш. шк., 1982.

2. Нечаев А.В., Еременко Т.В. Органическая химия. - М.: Высш. шк., 1985.

3. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. - М.: Высш. шк., 1981.

4. Справочник химика / Под ред. В.П. Никольского. -Л.-М.: Химия,1964. -Т. 2.

5. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу. - М.: Химия, 1977.

6. Щербань А.А. Органическая химия. - Воронеж: Издательство Воронежского госуниверситета, 1998.

7. Методические указания к лабораторным работам по органическому синтезу/ Воронеж. гос. технол. акад.; Сост. В.В. Хрипушин, И.В. Перевёрткина, С.Г.Петухова. Воронеж, 2000.

8. Справочник химика/ Под ред. В.П.Никольского.-Л.-М.: Химия,1964. -Т. 2.

9. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу. - М.: Химия, 1977.

Учебное издание

Методические указания к проведению большого лабораторного практикума по органической химии

Для студентов, обучающихся по направлениям 655600 - «Производство продуктов питания из растительного сырья» специальностей 270100, 270300, 270400, 270500, и 655900 - «Производство сырья и продуктов животного происхождения» специальностей 270900, 271100 дневной формы обучения

Составители:

Перевёрткина Инна Васильевна

Петухова Светлана Григорьевна

Хрипушин Владимир Васильевич

Корректор Н.В. Бургонова

Компьютерный набор и вёрстка В.В. Хрипушин

Подписано в печать 09.2003.

Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Ризография.

Усл.печ.л. 1,86. Уч.-изд. л. 1,7. Тираж 200 экз. Заказ С- Воронежская государственная технологическая академия (ВГТА)

Участок оперативной полиграфии ВГТА

Адрес академии и участка оперативной полиграфии:

394000 Воронеж, пр. Революции, 19

Размещено на Allbest.ru