Реакции замещения гидроксила предельных алифатических спиртов на галоген на примере синтеза бромистого этила

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РБ

ФГБОУ ВПО «Бурятский государственный университет»

Кафедра органической химии

Контрольная работа

на тему: Реакции замещения гидроксила предельных алифатических спиртов на галоген на примере синтеза бромистого этила

Выполнил:

Малыгина Е. Н

Улан-Удэ 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БРОМИСТОГО ЭТИЛА

3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БРОМИСТОГО ЭТИЛА

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

5. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВА

ВЫВОД

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Галоидопроизводные углеводородов и других органических соединений широко применяются в качестве исходных веществ в ряде синтезов. Относительно большая подвижность атома галоида делает возможным его замещение на различные радикалы - на гидроксил, аминогруппу, цианогруппу, карбоксил и пр. Из разнообразных методов получения галоидопроизводных наибольшее значение имеют:

1. Реакции замещения гидроксила на галоид при нагревании с концентрированными галоидоводородными кислотами или с галоидопроизводными соединений фосфора.

2. Реакции прямого замещения водорода на галоид.

3. Присоединение галоида или галоидоводорода к двойной или тройной связи. [1]

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить способ получения галоидопроизводных одноатомных алифатических спиртов на основе реакции замещения гидроксила концентрированными галоидоводородными кислотами.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Синтез галогенуглеводородов может быть осуществлен из алканов (по радикальному механизму), из алкенов (по механизму радикального или электрофильного присоединения), из ароматических углеводородов (электрофильным замещением), из спиртов (нуклеофильным замещением гидроксила), взаимодействием карбонильных соединений с галогенидами фосфора, тионилом, фосгеном. В реакциях нуклеофильного замещения реакционная способность спиртов изменяется следующим образом: в третичных спиртах гидроксил замещается легче, чем во вторичных, а вторичные спирты более реакционноспособные, чем первичные.

Электрофильное присоединение к алкенам протекает по правилу Марковникова, радикальное - против правила Марковникова. В реакциях радикального замещения наиболее активный атом водорода у третичного атома углерода. Бромистый этил и другие галогенуглеводороды применяют в органическом синтезе для алкилирования. Галогеналкилы вступают в реакцию со многими классами органических соединений и поэтому нашли применение, как в промышленном, так и в препаративном синтезе. [1]

2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БРОМИСТОГО ЭТИЛА

Бромистый этил представляет бесцветную прозрачную жидкость, обладающую эфирным запахом и сначала сладким, потом жгучим вкусом. Кипит при 38,4°С. В воде растворяется мало, с эфиром же и спиртом смешивается во всех пропорциях. При температуре красного каления пары бромистого этила разлагаются, образуя этилен и бромистый водород. При более высокой температуре этилен разлагается в свою очередь на H и C. Загорается трудно и горит зеленым коптящим пламенем, распространяя сильный запах бромистоводородной кислоты.

Плотность: 1,4555 (20°C, г/см3); 1,50138 (0°C, г/см3)

Показатель преломления (для D-линии натрия): 1,42386 (20°C)
Стандартная энтальпия образования ДH (298 К, кДж/моль): -85,3 (ж) Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 100,4 (ж) Температура вспышки в воздухе (°C): -25

Температура самовоспламенения на воздухе (°C): 455

Теплота сгорания Qp (кДж/моль):1424,8 [3]

3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БРОМИСТОГО ЭТИЛА

Азотная, концентрированная серная кислоты и калий не действуют на него. С аммиаком бромистый этил дает бромистоводородные соли этиламина, диэтиламина и триэтиламина. С анилином образует бромистоводородную соль этилфениламина (Hofmann). [4]

В воде, как и многие галогенпроизводные, медленно гидролизуется:

CH3CH2Br + H2O > CH3CH2?OH + HBr

С водными щелочами взаимодействие идёт быстрее и двумя путями:

CH3CH2Br + NaOH > CH3CH2?OH + NaBr

CH3CH2Br + NaOH > CH2 = CH2?OH + NaBr +H2O

ПРИМЕНЕНИЕ

Бромистый этил используется:

• как этилирующий агент в органическом синтезе;

• как анестетик в медицине;

• в качестве хладагента и фумиганта;

• как растворитель;

• как добавка к топливу и др. [4]

ПОЛУЧЕНИЕ

В лабораторных условиях галогеналкилы часто получают нуклеофильным замещением гидроксила в спирте на галоген. [3]

Для получения бромистого этила применяют этиловый спирт:

C2H5OH + KBr + H2SO4 > C2H5Br + KHSO4 + H2O.

При этом также протекают и побочные реакции:

2HBr + H2SO4 > Br2 + 2H2O + SO2^,

CH3CH2OSO3H + HOCH2CH3 > H2SO4 + CH3CH2OCH2CH3.

Для уменьшения потери продукта необходимо соблюдать условия проведения реакции.

МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ

Механизм нуклеофильного замещения в спиртах (катализатор - кислота). [3] галоидопроизводный углеводород органический бромэтил

Сильные кислоты - это доноры протонов (H+): H2SO4 = H+ + HSO4-

Спирты являются слабыми основаниями (акцепторами протона) за счет неподеленной пары электронов атома кислорода. Поэтому в присутствии сильной минеральной кислоты происходит протонирование спирта (образование донорно-акцепторной связи Н-О) (схема 1):

Далее возможно протекание реакции по одному из двух возможных механизмов.

Механизм I

I стадия. Катион алкилгидроксония, отщепляя воду, превращается в карбокатион (схема 2):

Роль кислоты, таким образом, заключается в превращении ОН-группы в Н2О, которая отщепляется легче, чем анион НО-.

II стадия. Карбокатион вызывает гетеролитический разрыв связи в галогеноводороде и присоединяет галогенид-анион с образованием конечного продукта (схема 3, схема 4):

Освободившийся H+ идет на протонирование новых молекул спирта.

Механизм II.

Другой возможный механизм нуклеофильного замещения, представленный на схеме 5, заключается в практически одновременном отщеплении воды и присоединении галогена (без образования карбокатиона) и идет в одну стадию.

Механизм замещения зависит от строения реагентов и условий реакции. Для третичных спиртов предпочтительней первый механизм, а для первичных - второй.

На стадии, определяющей скорость реакции (так называемой, лимитирующей стадии), в механизме I образуется карбокатион. Чем стабильнее этот катион, тем легче он образуется. Третичный катион стабильнее, чем первичный (три +I-эффекта алкильных групп в третичном катионе и один - в первичном). С другой стороны, энергия переходного состояния в механизме II тем ниже, чем меньше стериотические препятствия, т.е. чем меньше алкильных групп у атакуемого атома углерода. [3]

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез бромэтана проводили в соответствии с методикой, изложенной в источнике [2].

ХОД РАБОТЫ

· Приготовление исходных реактивов и собирание прибора

Рис. 1 Прибор для получения бромистого этила: 1-песчаная баня, 2-реакционная колба, 3-холодильник, 4-алонж, 5-колба-приемник, 6-ледяная баня

1. Собрать прибор (рис. 1)

2. В реакционную колбу внести 30 мл (1,84 моль) концентрированной серной кислоты и при постоянном помешивании быстро добавляют к ней 30 мл (0,5217 моль) этилового спирта. Охлаждают смесь до комнатной температуры (раствор 1)

3. К раствору 1 осторожно (при внешнем охлаждении водой) приливают 20 мл ледяной воды (раствор 2)

4. Измельчают в ступке 25 г (0,2100 моль) бромида калия

· Проведение реакции

1. Добавляют 25 г бромида калия к раствору 2. Нагревают реакционную смесь на песчаной бане до прекращения отгонки бромистого этила, который опускается на дно приемника в виде тяжелых маслянистых капель.

· Отделение полученного вещества от сопутствующих веществ

1. Избыток воды из колбы-приемника сливают декантацией в стакан

2. Отделяют бромистый этил (нижний слой) от верхнего водного слоя в делительной воронке.

· Очитка вещества

1. Перегоняют бромистый этил. Собирают фракцию в интервале 37о-40 оС

РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ

Уравнение реакции (для расчета выхода бромистого этила):

C2H5OH + KBr + H2SO4 > C2H5Br + KHSO4 + H2O

Побочные реакции:

1. Образование диэтилового эфира

CH3CH2OSO3H + HOCH2CH3 > H2SO4 + CH3CH2OCH2CH3

2. Окисление бромоводорода серной кислотой

2HBr + H2SO4 > Br2 + 2H2O + SO2^

с (С2Н5ОН) = 0,8 г/мл

с (С2Н5Br) = 1,455 г/мл

с (H2SO4) = 1,84 г/мл

Mr (С2Н5ОН) = 46 г/моль

Mr (С2Н5Br) = 108,97 г/моль

Mr (H2SO4) = 98 г/моль

m (С2Н5ОН) = 30*0,8 = 24 г х = 0,5217 моль

m (KBr) = 25 г х = 0,2100 моль

m (H2SO4) = 98*1,84 = 180,3 г х = 1,84 моль

m теор. = 0,2100*108,97 = 22, 88 г

5. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВА

Проба Бейльштейна. [6] Медную проволоку с загнутым в виде петельки концом прокаливают в пламени горелки для образования на поверхности слоя оксида меди (II). По охлаждении конец проволоки смачивают бромистым этилом и ввожу его с несветящее пламя горелки. Сначала пламя становится светящимся (сгорает углерод), а затем оно окрашивается в яркий сине-зеленый цвет (от испаряющихся хлоридов меди).

Определение показателя преломления полученного бромистого этила. n20D =1,4227

ПРАКТИЧЕСКИЙ ВЫХОД

V = 11 мл с (С2Н5Br) = 1,455 г/мл m практ. = 11*1,455 = 16, 005 г

щ (%) = 16,005*100/22,98 = 69,95 % от теоретического.

ВЫВОД

В работе был изучен способ получения галоидопроизводных одноатомных алифатических спиртов на основе реакции замещения гидроксила концентрированными галоидоводородными кислотами. Был проведен синтез бромэтана. Определен показатель преломления синтезированного вещества, n20D = 1,4227. Практический выход составил 69,95% от теоретически возможного. Выбранный метод получения бромистого этила является затратным и не может рассматриваться как промышленный. Все это позволяет сделать вывод о выполнении поставленной цели курсовой работы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала органической химии / Книга 1. Изд. 2-е, М.: 1974. 96 с.

2. Голодников Г. В. Практические работы по органическому синтезу / Г.В. Голодников. - Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1966.

3. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия / Изд. «Мир», М.: 1974. 424-472 с.

4. Руководство к лабораторным занятиям по органической химии: Учебное пособие для вузов/ Н.Н.Артемьева, В.Л.Белобородов, С. Э. Зурабян и др.; Под ред. Н. А. Тюкавкиной. - М.: Дрофа, 2003. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru