з курсу ldquo;Органічна хіміяrdquo; ГАЛОГЕНОПОХІДНІ ВУГЛЕВОДНІВ Методична розробка доц

Работа добавлена на сайт samzan.net:

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:

•  загальну формулу галогенопохідних вуглеводнів;
•  класифікацію галогенопохідних вуглеводнів;
•  види ізомерії для галогенопохідних вуглеводнів;
•  методи добування галогенопохідних вуглеводнів;
•  фізичні та хімічні властивості галогенопохідних вуглеводнів.

Вміти:

•  за структурною формулою сполуки давати їй назву за раціональною номенклатурою та номенклатурою IUPAC;
•  записувати формулу сполуки за її назвою;
•  добувати галогенопохідні вуглеводнів з інших класів органічних сполук;
•  здійснювати їх хімічні перетворення.
•  використовувати галогенопохідні вуглеводнів для синтезу органічних сполук інших класів;
•  визначати доброякісність хлороформу.

Самостійна робота на занятті.

1.  Виконання тестових завдань (перевірка домашньої самопідготовки).
2.  Виконання лабораторної роботи.
3.  Обговорення експериментальних результатів.
4.  Обговорення висновків та оформлення протоколу (залік лабораторної роботи).

3. Теоретичні основи

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

1.  Напишіть формули ізомерів С5Н11Сl і дайте їм назви за раціональною номенклатурою та номенклатурою IUPAC.
2.  Як можна добути 2-хлорпентан і 1,2-дихлорпентан?
3.  Дайте характеристику полярності й поляризованості зв’язків С–Н, С–Cl, C–Br, і   С–І. Чому йодисті алкіли мають найбільшу реакційну здатність?
4.  Дайте коротку характеристику основних фізичних та хімічних властивостей галогенопохідних вуглеводнів.
5.  Напишіть рівняння хімічних реакцій, за допомогою яких можна розрізнити 4-хлор-1-бутен та н-бутилбромід. Поясніть перебіг цих реакцій. Що вибудете спостерігати?
6.  Напишіть схему перевірки чистоти хлороформу, який Ви збираєтеся використати для наркозу.
7.  Якщо нагрівати спирт iз сульфатною кислотою, утворюється 10,5 г алкену, який може приєднати 40 г брому. Який спирт був взятий у реакцію?
8.  Виведіть формулу заміщеного в бензенове ядро бромпохiдного толуолу, в якому брому знаходиться 46 %.
9.  Який об'єм бромбензену (р= 1,49 г/см3) можна добути з 800 мл бензену (ρ = 0,874 г/см3), якщо масова частка виходу становить 95,3 %?
10.  Скільки трибромфенолу утвориться, якщо з достатньою кiлькiстю брому прореагує 9,4 г фенолу?

Завдання для самоконтролю

1.  Запропонуйте схему синтезу хлористого етилу та ізопропілброміду.
2.  Запропонуйте схему синтезу з ізопропілового спирту таких сполук: ізопропілброміду, бромистого алілу, 1-хлор-2-пропанолу.
3.  Запропонуйте кілька методів синтезу 1-хлоробутану з органічних сполук різних класів.
4.  Напишіть схему рівнянь хімічних реакцій заміщення гідроксильної групи на галоген під час перетворення пропанолу на пропіл хлорид.
5.  Газоподібний вуглеводень, сполучаючись з подвійним об’ємом хлору, утворює речовину, яка містить 84,5% хлору. Визначте молекулярну масу цієї речовини та її можливу молекулярну і структурну формули.
6.  При дії брому на 156 г бензену було отримано стільки ж бромбензену. Який вихід продукту в цій реакції?

1. Религия -Укр.
2. технических электрических электронных оптических и других устройств и приспособлений приборов и техниче
3. наглядночувственная или логическая идеальная форма отражения предметов и явлений материального мира в соз
4. Методические рекомендации для практических занятий Тема- Лихорадка Специальность- 051301
5.  2013 г УТВЕРЖДАЮ глава администрации Большеокуловского сел
6.  Абсолютно еластичний попит описується лінією- а спрямованою вгору і праворуч; б розміщеною паралельно
7. тематическое планирование 8 класс 1 раздел- Легкая атлетика ~ 13 уро
8. Тема- Аналіз схем колообігу основних речовин у природі на предмет змінності їх ланок антропогенною діяльніс
9. und Werklernen gegr~ndet Vom Jhre 2011 hei~t es ds Sibirische Sttliche College f~r Bedruckung und Informtionstechnologien
10. Тема 1 Управление- сущность и структурная характеристика Лекция 1
11. роїння При посіві в конденсаційну воду мікроорганізми на поверхні середовища утворювали наліт димчастобл
12. Модуль Ботаника Выберите один правильный и полный ответ 1
13. тематики и информатики Методическое сопровождение к тесту по теме Компьютерные вирусы и антивирусные п
14. методическое пособие Планы семинарских занятий рекомендации тесты Для студентов заочной формы обучен
15. РЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора экономических наук Москва 1998 Работа выполне
16. Задание для курсовой работы по предмету бухгалтерский учет
17. тема представляет собой метод оценивания качества освоения студентами учебной программы дисциплины на осно
18. Статья- Дворцовая площадь
19. Особливості контролю та забезпечення якості проектів інформатизиції.html
20. Технология возведения зданий и сооружений для студентов специальности 2903 Промышленное и гражданское стр

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе