АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

(АМИНЫ И НИТРОСОЕДИНЕНИЯ)

Цель работы: изучение химических свойств азотсодержащих органических соединений.

Оборудование: микроскоп, технохимические весы, водяная баня, спиртовки, пробирки, предметные стекла, стеклянные палочки, микрошпатель,

Реактивы:бензен, азотная кислота концентрированная (ρ=1,4 г∕мл³);

серная кислота концентрированная (ρ=1,84 г∕мл³); кислота серная, 0,2 н раствор; кислота серная, 2 н раствор; толуен; нафтален (порошок); мочевина (порошок); мочевина, концентрированный раствор; вода дистиллированная; известковая вода; гидроксид натрия, 40 %-ный раствор; гидроксид натрия, 2н раствор; сульфат меди, 2%-ный раствор; соляная кислота, концентрированная (ρ=1,19 г/мл³); хлорная известь, насыщенный раствор; дихромат калия, 0,5 н раствор; бромная вода, насыщенный раствор; анилин; хлористый ацетил; уксусный ангидрид; формалин, 40%-ный раствор; уксусная кислота ледяная; метиловый спирт, лигнин (газетная бумага, личинка). Индикаторы: фенолфталеин, 1%-ный спиртовый раствор; лакмусовая бумага красная.

Методика проведения исследования.

О П Ы Т № 1. ПОЛУЧЕНИЕ НИТРОБЕНЗЕНА.

Выполнение работы.

В сухую пробирку помещают 2 капли концентрированной азотной кислоты и 3 капли концентрированной серной кислоты. Полученную нитрующую смесь охлаждают и добавляют 2 капли бензена. Пробирку помещают в водяную баню, нагретую до 50-55°С, на 2-3 мин., постоянно встряхивая содержимое пробирки. После этого выливают реакционную смесь в заранее приготовленную пробирку с водой. На дно опускается капля тяжелого, чуть желтоватого нитробензена, мутного от присутствия влаги. Химизм процесса:

C ₆H₆ + HONO₂ → C ₆H ₅NO₂ + H 2O

Активной формой нитрующего агента является катион нитрония ⁺NO_2, образующийся при действии серной кислоты на азотную:

HO-NO₂ + 2H₂ SO₄ ↔ ⁺NO₂ + 2HSO_4-^- + [H₃O]⁺

Ион гидроксония [H₃O]⁺ образуется из протона H⁺ и молекулы воды в водных растворах минеральных кислот. Катион нитрония реагирует с ароматическим углеводородом:

H -H⁺

+ ⁺NO₂ ⁺NO₂ +

NO₂

π – комплекс очень неустойчивый

σ - комплекс

NO₂

Скорость реакции нитрования зависит от объекта нитрования и состава нитрующей смеси. Для каждого соединения существует оптимальный состав.

О П Ы Т № 2. ПОЛУЧЕНИЕ ДИНИТРОБЕНЗЕНА.

Выполнение работы.

В пробирку помещают 2 капли азотной кислоты и 3 капли серной кислоты. К горячей нитрующей смеси приливают 2 капли нитробензена и нагревают в кипящей водяной бане при постоянном взбалтывании 3-4 мин.

Затем реакционную смесь охлаждают и выливают в пробирку с водой. Динитробензен вначале выделяется в виде тяжелой маслянистой капли, затем быстро переходит в кристаллическое состояние. Химизм процесса:

C ₆H ₅NO₂ + HO-NO₂ →C ₆H₄ (NO)₂ + H ₂O

Нитрогруппа относится к заместителям второго рода. Поэтому она уменьшает способность ароматического ядра к реакциям электрофильного замещения. Для введения второй нитрогруппы требуется большая длительность нитрования и более высокая температура, чем при получении мононитробензена. Для получения мононитробензена нужна температура 50°С, а для получения динитробензена -90°.

О П Ы Т № 3. Нитрование толуена.

В пробирке готовят нитрующую смесь из 2 капель концентрированной азотной кислоты и 3 капли концентрированной серной кислоты. К нитрующей смеси приливают 2 капли толуена и энергично встряхивают содержимое пробирки. Через 1-2 минуты реакционную смесь выливают в пробирку с водой. На дно опускается тяжелая капля нитротолуена:

CH₃

NO₂

CH₃ + HO-NO₂ + Н₂О

CH₃

O₂N

При нагревании толуена получается смесь о- и п- нитротолуенов.

В зависимости от условий нитрования относительные количества о- и п-изомеров в этой смеси различны.

Гомологи бензена нитруются легче, чем бензен.

О П Ы Т № 4 ПОЛУЧЕНИЕ НИТРОНАФТАЛЕНА.

Выполнение работы.

К 20 каплям концентрированной азотной кислоты добавляют 0,5 г. нафталена в порошке: при встряхивании смесь начинает желтеть уже на холоду. Нагревают смесь в кипящей водяной бане 5 мин. при частом встряхивании выделяется в виде оранжевого масла, быстро твердеющего при встряхивании. Продуктом реакции является преимущественно нитронафтален.

NO₂

+HONO₂ + H₂O

H₂SO₄

О П Ы Т № 5. СВОЙСТВА МОЧЕВИНЫ

Выполнение работы.

а) Гидролиз мочевины.

0,5 – 1 г. мочевины помещают в пробирку и растворяют в 4 - 5 мл воды.

К раствору добавляют баритовой или известковой воды и кипятят. Наблюдают образование нерастворимого белого осадка углекислого бария или кальция, а выделяющиеся пары имеют характерный запах аммиака и окрашивают лакмусовую бумажку в синий цвет. Процесс гидролиза мочевины можно выразить схемой:

NH₂ OH

‌ ‌

C=O + 2HOH → C=O (CO₂+H ₂O) + 2NH₃

‌ ‌

NH₂ OH

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O.

б) Образование солей.

В пробирку к 3-4 мл концентрированного раствора мочевины прибавляют небольшое количество концентрированной азотной кислоты. При этом происходит разогревание смеси. При охлаждении реакционной смеси выпадает в осадок трудно растворимая в воде соль - азотнокислая мочевина. Мочевина обладает слабыми основными свойствами и поэтому способна образовывать соли с одним эквивалентом кислоты:

NH₂ NH ₂·HNO₃

‌‌‌‌ ‌

C=O + HNO₃ → C=O

NH₂

NH₂

в) Взаимодействие мочевины с азотной кислотой.

В пробирку помещают 2-3 мл 3 %- ного раствора мочевины, приливают равный объем 3%-ного раствора азотокислого натрия, и смесь осторожно подкисляют разбавленной серной кислотой. Наблюдают выделение пузырьков азота и углекислого газа:

NaNO₂ + H₂SO₄ → HNO₂ + NaHSO₄

NH₂

C=O + 2HONO → 2N₂ + CO₂ + 3H₂O |

NH₂

Эта реакция применяется для количественного определения мочевины по объему выделившегося газа-азота.

г) Образование биурета.

В пробирке осторожно нагревают 0,5г. сухой мочевины. При этом сначала мочевина плавится, а затем происходит обильное выделение аммиака (что легко узнают по характерному запаху или по посинению смоченной лакмусовой бумажки); и затвердевание расплавленной массы. Нагревание прекращают после того, как расплавившаяся масса снова затвердевает. Пробирку охлаждают, добавляют 3-4 мл воды, и продукт реакции растворяют при слабом нагревании. К полученному раствору прибавляют 1-1 мл 10%-ного раствора едкого натра и 1-2 капли 2%-ного раствора медного купороса и встряхивают раствор окрашивают в характерный ярко-фиолетовый цвет вследствие образования комплексного медного соединения биурета:

(NH₂CONHCO_NH₂ )₂ · 2KOH · Cu(OH)₂

NH₂-CO-NH₂ + NH₂-CO-NH₂ → NH₂-CO-NH-CO-NH₂ +NH₃

биурет

О П Ы Т 6. ОБРАЗОВАНИЕ СОЛЕЙ АНИЛИНА И ИХ РАЗЛОЖЕНИЕ.

Выполнение работы.

а) В пробирку помещают 1 каплю анилина, 8 капель воды и встряхивают содержимое пробирки. Одну каплю, эмульсии наносят на лакмусовую бумажку. Цвет красного лакмуса не меняется.

б) Приготовленную эмульсию анилина делят на две части.

К одной части добавляют по каплям раствор серной кислоты.

Образуется осадок сернокислого анилина. Нагревают пробирку до растворения осадка и медленно охлаждают. Выпавшие игольчатые кристаллы переносят на предметное стекло и рассматривают их форму в микроскоп. Химизм процесса:

NH₂ NH₃ +

+ H₂SO₄ SO₄H^-

кислый сернокислый анилин

в) К другой части эмульсии анилина добавляют по каплям концентрированную соляную кислоту до получения однородного раствора. К прозрачному раствору солянокислого анилина добавляют 1-2 капли фенолфталеина и по капля раствор щелочи. Жидкость мутнеет еще до появления малиновой окраски. Химизм процесса:

NH₂ NH₃ +

+ НСl Cl^-

солянокислый

анилин

NH₃ +

NH₂

Сl^- + NaOH + NaCl + H₂O

Основные свойства аминогруппы, связанной с ароматическим ядром, значительно ослаблены по сравнению с аминами жирного ряда. Водный раствор анилина не окрашивает лакмус в синий цвет. Анилин образует соли только с сильными минеральными кислотами. Водные растворы этих солей имеют, кислую реакцию и их можно титровать щелочами.

О П Ы Т № 7. ЦВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ АНИЛИНА.

Выполнение работы.

а) Цветная реакция с лигнином.

В пробирку помещают I каплю анилина, 5 капель воды и по каплям добавляют соляную кислоту до образования прозрачного раствора солянокислого анилина. Каплю этого раствора наносят на полоску газетной бумаги.

Появляется желто-оранжевое окрашивание. Лучинка, опущенная в раствор солянокислого анилина, также окрашивается в желто-оранжевый цвет. Окрашивание обусловлено присутствием в бумаге и древесине лигнина. Если раствором соли анилина смочить полоску фильтровальной бумаги, окрашивание не произойдет, так как фильтровальная бумага представляет собой чистую клетчатку без примеси лигнина.

б) Цветная реакция с хлорной известью.

Готовят раствор солянокислого анилина и каплю раствора наносят на предметное стекло. Добавляют каплю раствора хлорной извести. Появляется темно-зеленое окрашивание, переходящее в синее, а затем в черное. Эти реакции основаны на легкой окисляемости анилина. Конечным продуктом является «черный анилин» - краситель для хлопчатобумажных тканей.

О П Ы Т № 8. БРОМИРОВАНИЕ АНАЛИНА.

Выполнение работы.

В пробирку помещают 3 капли бромной воды и I каплю анилиновой воды. Выпадает белый осадок тримброманилина:

NH₂ NH₂

Br Br

+ 3Вr₂ + 3HBr

Br

триброманилин

Являясь электронодонорным заместителем, аминогруппа повышает электронную плотность в ароматическом ядре, облегчая этим реакции электрофильного замещения.

Вместо анилина можно использовать для этого опыта соли анилина. Они бромируются так же легко, как и сам анилин.

О П Ы Т № 9. ОБРАЗОВАНИЯ АЦЕТАНИЛИДА.

Выполнение работы.

Поиск по сайту: