Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 2
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ПРИКАРПАТСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА
ІНСТИТУТ ПРИРОДНИЧИХ НАУК
Кафедра теоретичної і прикладної хімії
Затверджено
на засіданні катедри теоретичної
і прикладної хімії
протокол №__ від_______2007 р.
Методичні вказівки і інструкція
до виконання лабораторної роботи №5
з курсу “Органічна хімія”
ГАЛОГЕНОПОХІДНІ ВУГЛЕВОДНІВ
Методична розробка
доц. Лучкевич Є.Р.,
канд. хім. наук,
доц. Матківський М.П.,
канд. техн. наук,
доц. Мідак Л.Я.,
канд. хім. наук
м. Івано-Франківськ
2007
1. Тема: Галогенопохідні вуглеводнів
2. Мета: вивчити властивості алкілгалогенідів: хлороформу, бромоформу та йодоформу.
Знати:
Вміти:
Самостійна робота на занятті.
Галогенопохідні вуглеводнів – продукти заміщення одного або кількох атомів Гідрогену в молекулах вуглеводнів на атом або атоми галогенів; сполуки загальної формули R-X, де Х – F, Cl, Br, I, а R – будь-яка алкільна група.
Залежно від природи радикала їх поділяють на ациклічні (аліфатичного, або жирного ряду) і циклічні. Ациклічні галогенопохідні вуглеводнів можуть бути похідними алканів, алкенів, алкінів, алкадієнів та полієнів, циклічні – циклопарафінів (поліметиленів або нафтенів), аренів і терпенів.
За природою галогенів розрізняють фтор-, хлор-, бром- і йодпохідні вуглеводнів.
За місцем розміщення атома галогену в молекулі ці сполуки поділяють на первинні, вторинні й третинні галогенопохідні вуглеводнів.
Залежно від кількості атомів Гідрогену, заміщених на галогени, розрізняють моно-, ди-, три-, тетра- і полігалогенопохідні вуглеводнів.
За наявністю в молекулі цих сполук одинарних, подвійних або потрійних зв’язків розрізняють насичені й ненасичені галогенопохідні вуглеводнів.
Номенклатура та ізомерія. Для алкілгалогенідів характерна ізомерія карбонового скелету та положення галогенового замісника.
Для назви галогеновуглеводнів використовують три системи. Прості алкілгалогеніди найчастіше мають тривіальні назви. Назви складаються з назви вуглеводневого залишку (алкільної групи) і назви галогену, наприклад:
СН3–СН2–Br – бромистий етил; етил бромід; бром етан.
CH3–CH2 – CHI – CH3 – йодистий втор-бутил; втор-бутиліодид; 2-йодбутан.
Іноді галогеновуглеводні розглядають як галогеніди, і в цьому випадку назва складається з назви вуглеводневого залишку і кінцевої частини –флуорид, -бромід, -хлорид або –іодид (друга назва наведених вище сполук).
Згідно з правилами IUPAC галогеновуглеводні розглядають як продукти заміщення вуглеводнів, відповідні атоми галогенів указуються в префіксі. У разі потреби положення атома галогену позначають цифрою (третя назва наведених вище сполук).
Фізичні властивості. За винятком нижчих гомологів, газів за нормальних умов, галогеновуглеводні є безбарвними рідинами і твердими речовинами. Температури кипіння алкілгалогенідів зростають зі збільшенням карбонового ланцюга і молекулярної маси атомів галогену; в той самий час зі збільшенням розгалуженості ланцюга температури кипіння зменшуються.
Хоч алкілгалогеніди – це полярні сполуки, вони не розчинні у воді напевно внаслідок того, що не здатні утворювати водневі зв’язки. Вони легко розчиняються в звичайних органічних розчинниках, таких як спирт, етер тощо. Вони мають характерний, трохи солодкуватий запах. Багато з цих сполук токсичні.
Іодо-, бромо- і поліхлоропохідні важчі за воду.
Методи добування.
1. Пряме галогенування (реакція металепсії). У промислових масштабах алкілгалогеніди добувають найчастіше прямим галогенуванням вуглеводнів за високої температури, необхідної для перебігу вільно радикальних реакцій, наприклад:
.
2. Галогенування ненасичених вуглеводнів:
.
3. Синтез зі спиртів.
а) реакція з галогеноводнями за схемою:
;
б) під час взаємодії з галогенідами фосфору або тіоніл хлоридом:
.
4. Приєднання галогеноводню до алкенів:
.
* - в усіх наведених реакція Х – галоген (Cl, Br, I).
Хімічні властивості. Галогенопохідні вуглеводнів – важлива сировина для органічного синтезу. Ця їх особливість пояснюється високою рухливістю атома або атомів галогенів, що дає їм змогу легко обмінюватись на інші атоми або атомні групи (-ОН, -NH2, -CN тощо). Отже, однією з важливих особливостей галогенопохідних вуглеводнів є їх здатність вступати в реакції нуклеофільного заміщення, що дає можливість добувати з них більшість представників класів органічних сполук.
Швидкість заміщення різних атомів галогенів у молекулах галогенопохідних вуглеводнів залежить від енергії зв’язку Hal-C (менша енергія зв’язку – легше відбувається його розрив), поляризованості зв’язку (більша поляризованість – легше відбувається розрив зв’язку) та стійкості йона, що відщеплюється (якщо йони стійкі, легко відбуваються реакції нуклеофільного заміщення). Отже, зв’язок С-І розривається легше, ніж С-Br, а С-Br – легше, ніж С-Cl, а С-Cl – легше, ніж C-F.
1. Гідроліз. При кип’ятінні галоїдних алкілів з водою відбувається заміщення атома галоїду на гідроксильну групу:
.
етанол
2. Амоноліз (дія аміаку). При дії аміаку на алкілгалогеніди утворюються аміни:
.
етиламін
3. Взаємодія з ціанідами. В результаті взаємодії алкілгалогенідів з ціанідами утворюються нітрили:
.
метилціанід
4. Синтез реактивів Гріньяра:
.
(R – радикал; Х – галоген).
5. Відновлення:
6. Реакція Вюрца:
.
7. Дегідрогалогенування (реакція елімінування):
.
Крім органічного синтезу галогенопохідні широко використовуються у медичній і ветеринарній практиці як анестезувальні (етилхлорид) і наркотичні (хлороформ) засоби, антисептики (йодоформ), інсектициди (гранозан), стимулятори росту рослин (2,4-Д, 2М-4Х), органічні розчинники (тетрахлоретан або ЧХВ – чотирихлористий вуглець) тощо.
Хлороформ – нестійка хімічна сполука. Під впливом світла і кисню повітря він окиснюється з утворенням токсичних продуктів – фосгену, Гідроген хлориду і вільного хлору, що робить його непридатним для наркозу.
Для запобігання псуванню хлороформ зберігають у добре закупорених склянках з темного скла в прохолодному місці, захищеному від впливу сонячного світла. Перед використанням хлороформу для наркозу його досліджують на наявність отруйних домішок та інших сполук.
Йодоформ (трийодметан) – кристалічна речовина зелено-жовтого кольору, з характерним запахом. Важко розчиняється у воді (0,01 г в 100 г води при 250С), краще – в етанолі (1,5 г в 100 г води при 150С). Йодоформ плавиться при 116 – 1200С, легко сублімується. Розчини йодоформу легко розкладаються на повітрі та сонячному світлі з виділенням йоду. Йодоформ застосовують як антисептичний засіб для лікування ран, виразок та інших травм. У ветеринарній практиці йодоформ використовують для приготування присипок при кастрації. Антисептична дія препарату зумовлена тим, що при нанесенні на рану він окиснюється з виділенням йоду.
4. Експериментальна частина
Реактиви і обладнання:
Етиловий спирт, йод кристалічний, їдкий натр (30%-ий та 10%-ий р-ни), хлороформ, бромоформ, резорцин (10%-ий р-н), сульфатна к-та (конц.), формалін, лакмус, Аргентум нітрат, Калій йодид (5%-ий р-н), пробірки, кристалізатор, лід.
Зміст роботи.
4.1. Добування йодоформу.
В пробірку наливають 10-20 крапель етанолу, добавляють кілька кристалів розтертого на порошок йоду і 2-3 мл дистильованої води. Суміш збовтують і добавляють 30%-ий р-н їдкого натру до розчинення йоду та утворення знебарвленого розчину. Суміш можна нагрівати впродовж 5-8 хв. за температури 60-700С. На дно пробірки випадають зелено-жовті кристали йодоформу – речовини з характерним запахом.
Хімізм. Утворення йодоформу відбувається у декілька стадій:
а) взаємодія йоду з їдким натром:
I2 + 2NaOH → NaI + NaOI + H2O;
б) окиснення етанолу до ацетальдегіду (етаналю):
CH3CH2OH + 2I + 2NaOH → CH3CHO + 2NaI + 2H2O;
в) заміщення атомів Гідрогену в радикалі альдегіду на йод:
CH3CHO + 3I2 + 3NaOH → CI3CHO + 3NaI + 3H2O;
г) розщеплення йодалю лугом до молекул йодоформу та форміату натрію:
CI3CHO + NaOH → CHI3 + HCOONa.
Сумарне рівняння реакції має такий вигляд:
CH3CH2OH + 4I2 + 6NaOH → CHI3 + HCOONa + 5NaI + 5H2O.
4.2. Кольорова реакція на галогенопохідні вуглеводнів.
В три пробірки наливають по 1 – 2 мл свіжоприготовленого 10%-го розчину резорцину і по 5 крапель 10%-го розчину Натрій гідроксиду. В першу пробірку добавляють 5 крапель хлороформу, в другу – стільки ж крапель бромоформу, в третю – кілька кристалів йодоформу. В пробірках змінюється забарвлення реакційної суміші відповідно на рожеве, червоне або темно-синє. Суміш для прискорення появи забарвлення рекомендують збовтати і нагріти.
Хімізм реакцій складний та недостатньо вивчений.
4.3. Визначення доброякісності хлороформу
4.3.1. Випробування хлороформу на наявність у ньому органічних домішок
У суху чисту пробірку наливають 2-3 мл хлороформу, 1-2 мл концентрованої сульфатної кислоти і одну краплю формаліну. Суміш обережно збовтують і ставлять у штатив на 10-15 хв. У разі наявності у хлороформі домішок інших органічних речовин шар сульфатної кислоти забарвлюється в різні кольори.
4.3.2. Виявлення в хлороформі хлоридної кислоти.
В чисту пробірку наливають 2-3 мл хлороформу і додають 2-3 мл дистильованої води. Суміш збовтують. Відстоюють. Виникає прозорий водяний шар, який зливають і за допомогою синього лакмусового папірця вивчають наявність у розчині хлоридної кислоти. Почервоніння папірця свідчить про наявність у водяному шарі хлоридної кислоти. До водяного шару добавляють кілька крапель 3-5%-го розчину Аргентум нітрату. Виникнення слабкого помутніння свідчить про наявність у хлороформі хлоридної кислоти.
4.3.3. Перевірка хлороформу на наявність води
В суху пробірку наливають 2-3 мл хлороформу і занурюють у крижану воду. Якщо помутніння хлороформу не настало, отже, у ньому не міститься вода.
4.3.4. Виявлення в хлороформі вільного хлору.
В пробірку наливають 2-3 мл хлороформу і 1 мл 5%-го розчину Калій йодиду. Збовтують. Якщо в хлороформі є вільний хлор, через кілька хвилин виникає рожеве або рожево-фіолетове забарвлення.
Хімізм. При неправильному зберігання хлороформу (доступі повітря та прямому сонячному освітленні) він розкладається з утворенням фосгену та хлоридної кислоти.
CHCl3 + O2 → 2HCl + 2COCl2.
Хлороформ Фосген
Хлоридна кислота залишається в розчині, фосген окиснюється до вуглекислого газу і вільного хлору.
2COCl2 + O2 → 2СО2 + 2 Cl2↑.
Після додавання до суміші розчину Аргентум нітрату з’являється осад хлориду аргентуму:
HCl + AgNO3 → AgCl↓ + HNO3.
За наявності в хлороформі домішок хлору виділяється молекулярний йод, який і забарвлює суміш у рожевий або рожево-фіолетовий колір:
Cl2 + 2KI → I2 + 2KCl.
Контрольні запитання
Завдання для самоконтролю