Качественная реакция на двойных связей

 

В сухие пробирки наливают по 1 см³ неочищенный керосин и керосин очищенный однократной керосин и дробной экстракцией. Добавляют в каждую пробирку по 1 см³ раствора соды. Затем постепенно по каплям при сильном взбалтывании добавляют раствор перманганата калия до прекращения изменения внешнего вида смеси. Наличие непредельных соединений обнаруживается по исчезновению первоначальной окраски перманганата калия и появлению бурого хлопьевидного осадка. При медленно протекающем окислении и малом содержании непредельных соединений фиолетовая окраска водного слоя может переходить в коричневато-красную окраску.

В присутствии одних лишь насыщенных углеводородов фиолетовая окраска водного слоя, вызванная первыми каплями перманганата, не изменяется.

 

Задание. Вычислить степень экстрагирования (b, %) однократной и дробной экстракцией вычислить по формуле:

,

где m ₀ и m ₁ – масса керосина до и после экстрагирования соответственно, г.

Сравнить результаты, полученные в случае однократной и дробной экстракции. Какая экстракция эффективнее – однократная или дробная?

Написать уравнение реакции окисления 2-метилбутена-2 перманганатом калия в нейтральной среде.

Контрольные вопросы

 

1. Что называют экстракцией? На чем основан данный метод чистки и выделения органических веществ?

2. Почему при выделении органического вещества из водной среды предпочитают экстрагировать его органическим растворителем, а не отгонять воду?

3. Коэффициент распределения некоторых органических веществ между водой и эфиром равен 1. Определить, сколько такого вещества будет извлечено из 25 мл 4%-ного водного раствора одной порцией эфира, равной 75 мл, и тремя порциями эфира по 25 мл каждая.

4. Перечислите все известные Вам способы высушивания органических веществ.

5. Перечислите известные Вам критерии чистоты органического вещества.

 

Лабораторная работа № 3

 

Часть 1

Возгонка

Теоретическая часть

 

Помимо кристаллизации твердые органические соединения можно очищать возгонкой. Этот способ основан на свойстве некоторых веществ кристаллизоваться на охлажденной твердой поверхности из паров, минуя жидкое состояние. Вещества, которым свойственно возгоняться, лучше освобождать от примесей именно этим способом, а не перекристаллизацией, поскольку при возгонке, если вещество не склонно к окислению, потери очищаемого вещества меньше, очистка от нелетучих и механических примесей полнее и не наблюдается включение в кристаллическую структуру очищенного препарата молекул растворителя.

 

Возгонка (сублимация) – это процесс перехода кристалличе­ского вещества в парообразное, минуя жидкую стадию. Субли­мация подчиняется общим законам испарения. Обратный про­цесс – переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое, называется десублимацией. Эти процессы протекают в природе. Например, десублимация водяного пара в атмосфере, сублимация льда, образование и изменение ядер комет. Не все вещества способны возгоняться, так как даже небольшое их пе­регревание может привести к быстрому термическому разложе­нию. Поэтому сублимация не может служить универсальным ме­тодом очистки вещества. Этим способом можно хорошо очистить соединения, летучесть которых отличается от летучести загряз­няющих агентов. Возгонка дает хорошие результаты при очистке хинонов, многоядерных углеводородов, органических кислот (бензойная, салициловая и др.).

Возгонку можно проводить в фарфоровой чашке, покрытой конической воронкой (рис. 19, б).

 

Рис. 19. Возгонка веществ на часовых стеклах (а) и в фарфоровой чашке с воронкой (б):1 – фильтр с отверстиями; 2 – воронка с ватным тампоном; 3 – фарфоровая чашка; 4 – часовые стекла

 

В фарфоровую чашку помещают возгоняемое вещество и накрывают ее конической воронкой, которую закрепляют в лапке штатива. Чтобы кристаллы, образующиеся на воронке, не падали в возгоняемое вещество, между фарфоровой чашкой и воронкой прокладывают бумажный фильтр с вырезанными отверстиями. Чашку медленно и осторожно нагревают на пламени горелки таким образом, чтобы пламя не касалось дна чашки. Воронку охлаждают фильтровальной бумагой или тканью, смоченной холодной водой. Налет вещества на стенках воронки появляется через 15–20 мин. По окончании возгонки прибор после его полного охлаждения разбирают. При сублимации небольших количеств вещества можно пользоваться часовыми стеклами (рис. 19, а). Необходимо помнить, что возгоняемый препарат необходимо тонко измельчить, так как сублимация происходит только с поверхности вещества. При более высоких температурах скорость возгонки возрастает, но образующиеся мелкие кристаллы содержат значительные примеси других веществ.

 

Экспериментальная часть

 

Цель работы: очистить бензойную кислоту возгонкой.

 

Реактивы: неочищенная бензойная кислота.

Приборы и посуда: стакан, фарфоровая чашка; спиртовка или плитка; фильтровальная бумага; часовое стекло.

 

Порядок работы:

1) очистка бензойной кислоты возгонкой;

2) определение выхода очищенной бензойной кислоты;

3) определение температуры плавления очищенной бензойной кислоты.

 

Методика работы. (Работу проводить в вытяжном шкафу). Взвесить на аналитических весах ~ 2 г неочищенной бензойной кислоты. Поместить неочищенную бензойную кислоту в стакан, прикрыть стакан фарфоровой чашкой со льдом. Нагреть (слабо) стакан на плитке. Через 10-15 мин. после начала нагревания на стенках стакана появится налет вещества, который необходимо собрать в предварительно взвешенный чистый стакан. В случае если по прошествии 10-15 мин. после начала нагревания налет на стенках воронки не образуется, следует увеличить нагрев стакана. По окончании возгонки отключить плитку, охладить прибор и осторожно при помощи скальпеля перенести оставшиеся кристаллы со стенок стакана и фарфоровой чашки в стакан для сбора кристаллов. Очищенную бензойную кислоту вместе со стаканом взвесить на аналитических весах. Определить массу очищенной бензойной кислоты.

Рассчитать выход очищенной бензойной кислоты по формуле:

,

где m ₀, m ₁ – масса неочищенной и очищенной бензойной кислоты, соответственно, г.

Определяют температуру плавления очищенной бензойной кислоты.

 

Форма записи результатов

 

Масса бензойной кислоты, г	Выход бензойной кислоты, %	Температура плавления, °С
неочищенная	очищенная	по литературным данным	экспериментальное значение

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что называют возгонкой? Какое она имеет практическое значение?

2. Что выражает понятие «температура возгонки»?

3. Почему возгонку следует проводить при температуре, лежащей несколько ниже температуры возгонки?

 

Часть 2

Перекристаллизация

Теоретическая часть

 

Кристаллизация (перекристаллизация) – важный способ очистки органических веществ. Определение температуры плавления позволяет при этом легко оценить чистоту полученного вещества.

Суть метода заключается в том, что загрязненное кристаллическое вещество при нагревании растворяют в подходящем растворителе, фильтруют раствор горячим и дают выкристаллизоваться при охлаждении. Удобнее подбирать такой растворитель, чтобы в осадок выпадало основное вещество, а примеси оставались в растворе. При кристаллизации необходимо выполнение следующих условий:

- растворимость вещества должна сильно зависеть от температуры (вещество должно хорошо растворяться при нагревании и значительно хуже – при охлаждении);

- растворимость очищаемого вещества в данном растворителе должна резко отличаться от растворимости примесей;

- растворитель не должен химически взаимодействовать с очищаемым веществом;

- кристаллизацию желательно проводить в небольшом объеме растворителя, иначе очищаемое вещество не будет полностью выделяться при охлаждении.

Успех кристаллизации определяется выбором подходящего растворителя. Растворитель не должен химически реагировать с кристаллизуемым веществом. Он также должен давать с данным веществом крутую кривую растворимости (рис.20). Поскольку в большинстве случаев растворяющая способность растворителя особенно быстро возрастает вблизи температуры кипения, раствор готовят путем кипячения с обратным холодильником.

Рис. 20. Кривая растворимости (растворитель – вода).

 

Требования к растворителю настолько сложны, что выбор его может быть сделан лишь эмпирически, т. е. на основе некоторых общих правил и собственного экспериментального опыта. Так, в идеальном случае растворимость подлежащего перекристаллизации вещества в данном растворителе при температуре кипения должна быть очень хорошей, а при температуре ком­натной или при 0°С, напротив, возможно меньшей. Примесь должна быть либо нерастворима при нагревании (тогда ее можно отделить фильтрованием горячего раствора), либо обладать хорошей растворимостью, чтобы она осталась в растворе и после охлаждения и выпадения чистого вещества. Температура кипения растворителя должна лежать на 10-15°С ниже предполагаемой температуры плавления перекристаллизуемого вещества; это позволяет избежать выделения вещества в виде масла. Загрязненное вещество обычно имеет большую растворимость, чем чистое, поэтому не надо удивляться существенным различиям растворимости неочищенного и чистого вещества.

Также на чистоту продукта, получаемого одно- или многократной кристаллизацией, влияет величина кристаллов. При быстром охлаждении обычно образуются мелкие кристаллы, которые имеют большую общую поверхность и поэтому способны адсорбировать из раствора большее количество примеси, чем крупные кристаллы, получаемые при медленной кристаллизации. Но крупные кристаллы могут содержать включения маточного раствора. Кристаллы оптимальной средней величины получают, растворяя нагреванием первоначально выпавшие кристаллы и охлаждая прозрачный раствор с регулируемой скоростью, например в водяной бане с горячей, медленно охлаждающейся водой.

Выбор растворителя. Кончиком шпателя берут пробу вещества, помещают ее в пробирку и прибавляют несколько капель растворителя. Если вещество растворяется уже на холоду, то данный растворитель непригоден для перекристаллизации. Если вещество на холоду растворяется плохо или совсем не растворяется, то пробирку осторожно нагревают до кипения. В необходимом случае добавляют еще несколько капель растворителя, чтобы добиться полного растворения. Раствор фильтруют горячим. Если после охлаждения из раствора выпадут кристаллы, температура плавления которых совпадает с известной температурой плавления чистого вещества (часто это удается достигнуть только при многократной кристаллизации!), то растворитель пригоден для проведения кристаллизации. Признаком пригодности растворителя для перекристаллизации вещества, температура плавления которого неизвестна, является постоянство температуры плавления при повторных кристаллизациях. Если вещество не кристаллизуется при охлаждении горячего насыщенного раствора, либо, наоборот, нерастворимо или мало растворимо даже при нагревании, то данный растворитель непригоден.

 

Экспериментальная часть

 

Цель работы:

очисть бензойную кислоту методом перекристаллизации.

 

Реактивы: неочищенная бензойная кислота.

Приборы и посуда: конические колбы емкостью 250 см ³; коническая воронка; мерный цилиндр емкостью 100 см ³; часовое стекло; складчатые фильтры; плитка; кристаллизатор.

 

 

Порядок работы:

1) очистка бензойной кислоты методом фракционной перегонки;

2) определение выхода очищенной бензойной кислоты;

3) измерение температуры плавления очищенной бензойной кислоты.

 

Методика работы: В коническую колбу наливают ~ 100 см ³ дистиллированной воды и добавляют 2 г бензойной кислоты. (воду следует добавлять порциями, нагревая каждый раз, до полного растворения кислоты). Затем проводят горячее фильтрование раствора. Если в наличии нет термостатируемой воронки можно воспользоваться способом «горячего» фильтрования. Для этого в другую коническую колбу наливают 10-15 см ³ воды, так чтобы дно колбы было полностью покрыто водой. Вставляют коническую воронку со складчатым фильтром и нагревают на электроплитке до кипения (рис. 21).

Рис. 21. Установка для горячего фильтрования: 1 – коническая колба; 2 – коническая воронка; 3 – складчатый фильтр; 4 - часовое стекло; 5 – электроплитка

 

После того как пары воды обогреют воронку, на фильтр наливают горячий раствор кислоты. Колбу с фильтрующимся раствором необходимо постоянно нагревать на электроплитке во избежание начала кристаллизации. Колбу, в которой производилось растворение, дважды ополаскивают горячей водой (по 10 см ³). Фильтрат охлаждают. Выпавшую бензойную кислоту отделяют фильтрованием на воронке Бюхнера, помещают на часовое стекло и сушат на воздухе до постоянной массы.

Взвесить высушенную очищенную бензойную кислоту. Определить выхода чистого продукта – очищенной бензойной кислоты (в %) по формуле:

,

где m ₀ и m ₁– масса неочищенной и очищенной бензойной кислоты, соответственно, г.

Определить чистоту продукта по температуре плавления: измерить температуру плавления очищенной бензойной кислоты и сравнить полученное значение с табличным.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Какому способу очистки, возгонке или перекристаллизации и по каким причинам надо отдать предпочтение в том случае, если очищаемому веществу свойственно возгоняться?

2. Какие способы ускорения кристаллизации Вам известны?

3. Опишите порядок подбора подходящего растворителя для перекристаллизации веществ, если таковой для него не известен.

4. Почему нельзя использовать для перекристаллизации растворитель, обладающий хорошей растворяющей способностью, которая, однако, не зависит от температуры?

5. Как влияет чистота органического вещества на значение его температуры плавления?

6. Каковы источники ошибок при определении температуры плавления на шарике термометра? В каких случаях используют такой способ определения температуры плавления?

7. Почему при определении температуры плавления нельзя быстро повышать температуру?

 

 

Лабораторная работа № 4