Pobierz Chemia organiczna i więcej Publikacje w PDF z Chemia tylko na Docsity! Chemia organiczna Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych dla Biotechnologii (I rok) Zakład Chemii Organicznej Wydział Chemii Uniwersytet Wrocławski 2012 wersja 4 (WWW) 2 Lista wykonywanych ćwiczeń: [1a] Destylacja frakcyjna ........................................................................................................... 3 A) bez deflegmatora .......................................................................................................... 3 B) z deflegmatorem ........................................................................................................... 3 [1b] Destylacja z parą wodną ..................................................................................................... 4 [2] Substytucja elektrofilowa – ćwiczenia probówkowe ........................................................... 5 [3a] Otrzymywanie barwników azowych................................................................................... 6 [3b] Rozróżnianie rzędowości amin........................................................................................... 7 [4a] Kwas acetylosalicylowy (aspiryna) .................................................................................... 8 [4b] p-Acetaminofenol ............................................................................................................. 10 [5a] Azotany(V) celulozy......................................................................................................... 11 [6a] Dibenzylidenoaceton ........................................................................................................ 12 [6b] Reakcje związków karbonylowych – ćwiczenia probówkowe ........................................ 13 [7a] (±)-Menton ....................................................................................................................... 14 [7b] Reakcje redox – ćwiczenia probówkowe ........................................................................ 15 [8] Reakcja Cannizzaro dla aldehydu benzoesowego .............................................................. 16 wersja 4 (WWW) 5 [2] Substytucja elektrofilowa – ćwiczenia probówkowe a) Do suchej probówki (bardzo ważne: sucha probówka!) wprowadzamy około 2 ml bezwodnego chloroformu lub czterochlorku węgla, a następnie rozpuszczamy w nim około 0.1 g lub 1 kroplę badanego węglowodoru np. n-heksanu, benzenu, chlorobenzenu, naftalenu oraz antracenu. Do probówki dodajemy około 0,5-1 g sproszkowanego bezwodnego chlorku glinowego, tak aby część proszku zatrzymała się na ściankach probówki. Teraz zwilżamy go ostrożnie naszym roztworem. Zaobserwować zachodzące zmiany i spróbować je wyjaśnić. b) Około 1 ml każdego z węglowodorów (n-heksan, cykloheksen, benzen, toluen) ostrożnie zmieszać w osobnych probówkach z 5-6-oma kroplami stężonego kwasu azotowego(V). Obserwować zmiany zachodzące w probówkach. Wyjaśnić różnice w przebiegu reakcji. W razie braku oznak reakcji (w przypadku benzenu i n-heksanu), do mieszaniny dodać kilka kropli stężonego kwasu siarkowego i wstrząsać. Wyjaśnić obserwowane zjawiska i napisać równania reakcji. Jaką rolę pełni tutaj kwas siarkowy? c) Do trzech probówek wlać po około 1 ml CC14, a następnie dodać: a) 2 ml cykloheksenu, b) kilka kryształków fenolu, c) 2 ml toluenu. Do każdej z probówek dodać po kilka kropli Br2. Zawartość probówek wstrząsać przez chwilę. Zaobserwować zmiany. Do produktów reakcji dodać nieco wody destylowanej, wstrząsnąć i sprawdzić odczyn. Wyjaśnić różnice i napisać reakcje chemiczne. Brom jest silnie żrący i trujący! Fenol ma własności parzące, działa szkodliwie na skórę. W razie poparzenia skórę należy zmywać wodą wapienną. Pracować w gumowych rękawicach i okularach! Ćwiczenie wykonywać wyłącznie pod wyciągiem! Odczynniki: • brom • HNO3 stęż. • CCl4 • CHCl3 • AlCl3 bezw. • cykloheksen • fenol • toluen • n-heksan • benzen • chlorobenzen • naftalen • antracen wersja 4 (WWW) 6 [3a] Otrzymywanie barwników azowych Roztwór soli diazoniowej Około 0.1 g każdej z badanych amin rozpuścić osobno w 5 ml 10% HCl, ochłodzić wodą z lodem do 0˚C, po czym dodawać kroplami roztwór 1 g NaNO2 w 5 ml H2O do dodatniej próby z papierkiem jodoskrobiowym (niebieskie zabarwienie papierka). Roztwór fenolu Około 0.1 g każdego z fenoli rozpuścić osobno w 5 ml 10% NaOH. Sprzęganie na bibule Na krążek bibuły nanieść po jednej kropli alkalicznego roztworu każdego z fenoli. Krople nanosić na okręgu o promieniu około 2 cm. W środek okręgu nanieść roztwór soli diazoniowej i obserwować zjawiska na granicy roztworu soli diazoniowej oraz fenolu. Sprzęganie w probówce Do trzech probówek dodać po dwie krople alkalicznego roztworu danego fenolu. Do każdej z nich dodać po dwie krople roztworu soli diazoniowej. Zawartość probówek rozcieńczyć 5 ml wody. Roztwór z każdej probówki podzielić na dwie części i do jednej połowy dodać roztworu HCl do uzyskania odczynu kwaśnego, a do drugiej roztworu NaOH do uzyskania odczynu alkalicznego. Obserwować zmiany barwy. Ćwiczenie należy przeprowadzić z następującymi związkami: • fenole – 1-naftol, 2-naftol, fenol; • aminy – anilina, kwas p-aminobenzoesowy, kwas sulfanilowy. Określić barwy i rozpuszczalność powstających barwników w kwaśnym i zasadowym środowisku, napisać równania reakcji chemicznych, wyjaśnić własności indykatorowe tych związków. Pracować w gumowych rękawicach i okularach! Ćwiczenie wykonywać wyłącznie pod wyciągiem! Odczynniki: • anilina 0.1 g • kwas p-aminobezoesowy 0.1 g • kwas sulfanilowy 0.1 g • 10% HCl 5 ml • azotan(III) sodu 1 g • fenol 0.1 g • 1-naftol 0.1 g • 2-naftol 0.1 g • 10% NaOH 5 ml wersja 4 (WWW) 7 [3b] Rozróżnianie rzędowości amin 1. Reakcje amin alifatycznych z kwasem azotawym a) Do 3 kropli I-rzędowej aminy alifatycznej (np.: n-butyloaminy) umieszczonych w probówce, dodać 0.5 ml 10% roztworu kwasu solnego i 3 krople 10% roztworu azotanu(III) sodu. Obserwować postęp reakcji i napisać jej równanie. b) Do probówki z 0.5 ml wodnego roztworu II-rzędowej aminy alifatycznej (np. dietyloaminy) dodać 0.5 ml kwasu octowego i kilka kropli 10% roztworu azotanu(III) sodu. Tworzy się żółta, oleista N-nitrozoamina. Napisz równanie reakcji. 2. Reakcje amin aromatycznych z kwasem azotawym a) Szczyptę difenyloaminy (na czubek szpatułki) rozpuścić w probówce w 5 ml wolnego od azotanów stężonego kwasu siarkowego. Roztwór podzielić na dwie probówki. Małe kryształki azotanu(V) sodu oraz azotanu(III) sodu rozpuścić w dwu probówkach w 10 ml wody destylowanej. Do roztworu z difenyloaminą dodawać kroplami roztwór azotanu(V), a do drugiej próbki azotanu(III) sodu, starannie obserwując zachodzące zjawiska. Napisać równania reakcji. b) Do probówki z 0.5 ml III-rzędowej aminy (N,N-dimetyloaniliny) dodać 3 ml stężonego kwasu solnego i 2 ml wody. Roztwór ochłodzić w łaźni lodowej i dodać małymi porcjami, ciągle mieszając, 10% roztwór azotanu(III) sodu do trwałego jego nadmiaru (papierek jodoskrobiowy powinien być niebieski). Odstawić mieszaninę w lodzie do odstania, ostrożnie zdekantować ciecz znad osadu. Osad przemyć małą porcją lodowatej wody i ponownie ją zdekantować. Do osadu dodać 20% roztwór zasady sodowej. Zanotować obserwacje zapisać równania reakcji. Pracować w gumowych rękawicach i okularach! Ćwiczenie wykonywać wyłącznie pod wyciągiem! Odczynniki: • n-butyloamina • dietyloamina • difenyloamina • N,N-dimetyloanilina • 10% kwas solny • HCl stęż • azotan(III) sodu • azotan(V) sodu • kwas octowy. • 20% NaOH wersja 4 (WWW) 10 [4b] p-Acetaminofenol N H 2 O H CH 3 C O O C O CH 3 + NH O H O C H 3 + CH 3 C O H O Umieścić 6 g p-aminofenolu oraz 100 ml wody w zlewce o pojemności 250 ml. Dodać 4 ml stężonego kwasu solnego i mieszać aż do rozpuszczenia aminy. Jeśli amina nie rozpuści się całkowicie, należy dodać kroplami nieco więcej kwasu. Dodać do roztworu łyżeczkę węgla aktywnego i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej przez 5 minut w celu usunięcia barwnych zanieczyszczeń. Usunąć węgiel aktywny przez sączenie na gęstym sączku karbowanym. Przygotować roztwór 10.5 g octanu sodu w 32 ml wody. Jeśli nie wszystko się rozpuści, przesączyć przez sączek karbowany. Roztwór p- aminofenolu przenieść do zlewki o pojemności 250 ml i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej. Dodać roztwór buforu octanowego. Natychmiast dodać bezwodnik octowy i mieszając ogrzewać jeszcze przez około 20 minut. Schłodzić mieszaninę reakcyjną przez zanurzenie zlewki w łaźni wodno-lodowej. Mieszać aż do rozpoczęcia krystalizacji p-acetaminofenolu. Zlewkę pozostawić w łaźni przez około 1 godzinę. Otrzymane kryształy przesączyć na lejku Büchnera, przemyć zimną wodą i odcisnąć. Pozostawić do wysuszenia na uprzednio zważonym szkiełku zegarkowym. Po wysuszeniu produkt zważyć, obliczyć wydajność reakcji, zmierzyć temperaturę topnienia. Przeprowadzić próbę na obecność wolnej grupy aminowej w produkcie. W tym celu w probówkach umieścić: w pierwszej p-aminofenol, a w drugiej produkt i dodać do nich roztworu ninhydryny, w razie potrzeby ogrzać (ninhydryna tworzy ze związkami posiadającymi wolną grupę aminową związki o różowo-fioletowej barwie). Otrzymany surowy produkt rozpuścić na gorąco w minimalnej ilości wody (w zlewce o pojemności 250 ml). Roztwór pozostawić do powolnego schłodzenia. Gdy pojawią się pierwsze kryształy, zlewkę zanurzyć w łaźni wodno-lodowej na około 15 minut. Uzyskane kryształy odsączyć na lejku Büchnera, wysuszyć, zważyć, obliczyć wydajność i sprawdzić ich temperaturę topnienia. Pracować w gumowych rękawicach i okularach! Ćwiczenie wykonywać wyłącznie pod wyciągiem! Odczynniki: • p-aminofenol 6 g • bezwodnik octowy 8.5 ml • octan sodu 10.5 g wersja 4 (WWW) 11 [5a] Azotany(V) celulozy Przygotować mieszaninę nitrującą: Do kolby stożkowej z 25 ml stężonego kwasu azotowego oziębionego i umieszczonego w łaźni lodowej dodać małymi porcjami 40 ml stężonego kwasu siarkowego. a) Diazotan celulozy: Połowę tej mieszaniny wlać do zlewki i ochłodzić poniżej 20 °C, po czym do zlewki wprowadzamy 1 g waty celulozowej i mieszamy bagietką szklaną. Po upływie 3 minut (nie dłużej!) przenieść watę do wody. Starannie przemywać bieżącą wodą przez 10 minut, odcisnąć nadmiar wody i dokładnie wysuszyć na powietrzu. b) Triazotan celulozy: Do drugiej porcji mieszaniny nitrującej włożyć następną porcję (1 g) waty i prowadzić proces "nitrowania" przez 15 minut. Przenieść watę do wody i postępować jak poprzednio. Próba spalania: Wziąć mniej więcej jednakowe suche kawałki waty, diazotanu celulozy i triazotanu celulozy i pod wyciągiem porównać szybkość spalania przez wprowadzenie substancji w płomień palnika gazowego. Pracować w gumowych rękawicach i okularach! Ćwiczenie wykonywać wyłącznie pod wyciągiem! Odczynniki: • HNO3 stęż. 25 ml • H2SO4 stęż. 40 ml • wata celulozowa 2 g wersja 4 (WWW) 12 [6a] Dibenzylidenoaceton C O H3C CH3 C O H + O 2 NaOH dibenzylidenoaceton (1,5-difenylo-1,4-pentadien-2-on); tt. 112°C Do kolby okrągłodennej zaopatrzonej w termometr i umieszczonej w łaźni wodnej (miska z zimną wodą) na mieszadle magnetycznym, wlewa się roztwór 5 g NaOH w 50 ml wody i 40 ml metanolu. Enrgicznie mieszając zawartośc kolby dodaje się połowę uprzednio przygotowanego roztworu 5.3 g aldehydu benzoesowego w 2.4 ml acetonu. Temperatura mieszaniny reakcyjnej powinna wynosić 20-25 °C (w razie potrzeby do łaźni wodnej wrzucić kostkę lodu). Po 15 minutach wlewa się drugą połowę tego roztworu i miesza jeszcze przez 30 minut w tej temperaturze. Jasnożółty, kłaczkowaty osad odsącza się na lejku sitowym, przemywa wodą aż do obojętnego odczynu przesączu (co jakiś czas sprawdzać papierkiem uniwersalnym wyciek z lejka) i suszy na powietrzu. Surowy, suchy produkt krystalizuje się z octanu etylu stosując 2.5 ml rozpuszczalnika na 1 gram substancji. Pracować w okularach! Ćwiczenie wykonywać pod wyciągiem! Odczynniki: • aldehyd benzoesowy 5 ml (5.3 g) • aceton 2.4 ml (1.5 g) • metanol 40 ml • NaOH 5 g • octan etylu wersja 4 (WWW) 15 [7b] Reakcje redox – ćwiczenia probówkowe 1. Utlenianiew nadmanganianem potasowym a) Do trzech probówek nalać po ok. 1 ml 1% wodnego roztworu KMnO4, a następnie dodać po 2 ml odpowiedniego węglowodoru: a) n-heksanu (lub n-heptanu), b) cykloheksenu lub heksenu, c) benzenu. Zawartość probówek przez chwilę mocno wytrząsać i obserwować zachodzące zmiany. Wyjaśnić różnice w przebiegu reakcji. b) Do kilku kropli toluenu dodać kilka kropli stęż. kwasu siarkowego i ostrożnie, małymi porcjami 5% r-r KMnO4. Ogrzewać ostrożnie na wrzącej łaźni wodnej. Reakcję powtórzyć używając odpowiednio: a) alkoholu etylowego, b) kwasu mrówkowego. Wyjaśnić obserwowane zjawiska, zapisać reakcje. 2. Próba Tollensa Do ok. 1 ml odczynnika Tollensa (amoniakalny r-r tlenku srebra) dodać kilka kropli formaldehydu i ostrożnie ogrzać bez wstrząsania. Powtórzyć reakcję używając odpowiednio: a) aldehydu octowego, b) acetonu, c) kwasu mrówkowego, d) glukozy, e) sachrozy. Porównać obserwacje, zapisać równania reakcji. 3. Próba Fehlinga Zmieszać równe ilości odczynników Fehling I i II. Do otrzymanego klarownego r-ru dodać kilka kropli formaldehydu i ogrzać. Powtórzyć reakcję używając odpowiednio: a) aldehydu octowego, b) acetonu, c) kwasu mrówkowego, d) glukozy, e) sachrozy. Porównać obserwacje, zapisać równania reakcji. Odczynniki: • n-heksan (n-heptan) • cykloheksen (heksen) • benzen • toluen • alkohol etylowy • kwas mrówkowy • aldehyd octowy • kwas mrówkowy • glukoza • sachroza • odczynnik Tollensa • odczynniki Fehling I i II • 5% r-r KMnO4 • 5% r-ru NaOH • stęż. H2SO4 • 20% r-r I2 w KI wersja 4 (WWW) 16 [8] Reakcja Cannizzaro dla aldehydu benzoesowego C H O CH2 OH C O - O + KOH2 W małej zlewce rozpuścić 0.108 mola (6 g) stałego wodorotlenku potasu w 7.2 ml wody. Otrzymany roztwór schłodzić do temperatury 25°C. W erlenmajerce o pojemności 100 ml umieścić 8 ml (8.4 g, 0.08 mola) benzaldehydu. Dodać roztworu KOH, zamknąć szczelnie i mocno mieszać aż do utworzenia emulsji (między korek a szlif kolby wstawić pasek papieru lub folii, starać się nie zanieczyścić szlifu alkalicznym roztworem). Mieszaninę pozostawić do następnych zajęć. Do tego czasu powinien zaniknąć zapach aldehydu benzoesowego. Do mieszaniny dodać ok. 20 ml wody i mieszać aż do rozpuszczenia powstałego osadu Zasadowy roztwór wyekstrahować chlorkiem metylenu (3 x 10 ml) zbierając zarówno warstwę organiczną (a), jak i warstwę wodną (b). a) Warstwę organiczną zebrać do kolbki o pojemności 50 ml i oddestylować nadmiar rozpuszczalnika na wrzącej łaźni wodnej. Gdy w kolbce pozostanie około 5 ml, roztwór schłodzić i przenieść do dużej probówki. Kolbkę przepłukać jednokrotnie małą objętością chlorku metylenu i roztwór dołączyć do r-ru w probówce. Używając pipety Pasteura przemyć roztwór dwukrotnie 20% tiosiarczanem sodu aby usunąć resztki nieprzereagowanego benzaldehydu, a następnie dwukrotnie wodą i wysuszyć nad siarczanem magnezu. Usunąć środek suszący przesączając mieszaninę do uprzednio zważonej małej kolbki i oddestylować na łaźni wodnej chlorek metylenu. Zważyć pozostały w kolbce alkohol benzoesowy i obliczyć wydajność reakcji. b) Zasadowy roztwór wodny (warstwa wodna po ekstrakcji) wlać silnie mieszając do zlewki z mieszaniną 16 ml stężonego kwasu solnego, 16 ml wody i około 16 g pokruszonego lodu. Upewnić się papierkiem wskaźnikowym, czy roztwór jest kwaśny. Otrzymany osad przesączyć przemywając małą porcją zimnej wody i przekrystalizować z wody. Kryształy po wysuszeniu zważyć i obliczyć wydajność reakcji. Zmierzyć temperaturę topnienia. Pracować w okularach! Ćwiczenie wykonywać pod wyciągiem! Odczynniki: • aldehyd benzoesowy 8 ml (8.4 g) • chlorek metylenu 40 ml • kwas solny 16 ml • KOH 6 g