Технологий и управления (мгуту) им. К. Г. Разумовского

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ (МГУТУ) ИМ. К.Г.РАЗУМОВСКОГО

(Первый казачий университет)

Кафедра органической, физической и коллоидной химии

 

Ю.И. Блохин, Т.А. Яркова, В.И. Канидьева

 

 

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Лабораторный практикум

для студентов технологических специальностей всех форм обучения

 

 

 

 

Москва – 2014

УДК 547

 

Ó Авторы: Блохин Ю.И., Яркова Т.А., Канидьева В. И.

Органическая химия. Лабораторный практикум – М., МГУТУ им. К.Г. Разумовского (Первый казачий университет), 2014

 

ББК

Б

 

 

В лабораторном практикуме в краткой и систематической форме изложены методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Органическая химия»; описаны методика и практическая часть эксперимента, проведение которого дает студентам реальное подтверждение знаний о закономерностях органической химии, свойствах и реакциях органических веществ различных классов, а также методов их выделения, очистки и анализа; приведены уравнения реакций, характеризующие химические превращения, которые происходят в процессе проведения того или иного опыта.

Лабораторный практикум составлен в соответствии с учебными планами для студентов-бакалавров технологических направлений. Предназначен для бакалавриата всех форм обучения (очной, заочной, полной и сокращенной) пищевых технологических и других соответствующих направлений, в частности, биоресурсов, экологии и рационального природопользования.

 

 

Авторы: Блохин Юрий Иванович, д.х.н., профессор

Яркова Татьяна Александровна, к.х.н., доцент

Канидьева Валентина Ивановна, вед. инженер

 

 

Рецензент Буянов Владимир Никитович, д.х.н., профессор

(кафедра органической химии

Российского химико-технологического

университета им. Д.И. Менделеева)

 

 

Библиогр.: 5 назв.

 

 

Ó Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского (Первый казачий университет), 2014

109004, Москва, Земляной вал, 73

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
КРАТКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
Правила работы в лаборатории органической химии
Первая помощь при несчастных случаях в лаборатории
I. МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Опыт № 1.Перекристаллизация бензойной кислоты
Опыт № 2. Возгонка (сублимация) бензойной кислоты
Опыт №3. Экстрагирование (извлечение)
Опыт №4. Определение температуры плавления бензойной кислоты
Опыт №5. Разделение смеси веществ простой перегонкой
Опыт № 6. Перегонка анилина с водяным паром
Опыт № 7. Определение показателя преломления анилина
II. КАЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Опыт № 8. Обнаружение углерода и водорода
Опыт № 9. Обнаружение азота
Опыт № 10. Обнаружение галогенов (проба Бейльштейна)
Опыт № 11. Обнаружение серы
III. УГЛЕВОДОРОДЫ
Опыт № 12. Получение и свойства метана
Опыт № 13. Получение и свойства этилена
Опыт № 14. Получение и свойства бензола
IV. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ (ГАЛОГЕНОУГЛЕВОДОРОДЫ)
Опыт № 15. Получение хлорэтана
V. СПИРТЫ. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ
Опыт № 16. Обнаружение воды в спирте-ректификате
Опыт № 17. Образование глицерата меди
Опыт № 18. Окисление этилового спирта перманганатом калия
Опыт № 19. Получение простого (диэтилового) эфира
Опыт № 20. Получение сложного (уксусноэтилового) эфира
VI. ФЕНОЛЫ. НАФТОЛЫ
Опыт № 21. Получение фенолята натрия
Опыт № 22. Реакция фенола с хлоридом железа (III)
Опыт № 23. Отличие фенолов от спиртов
Опыт № 24. Взаимодействие α- и β-нафтолов с хлоридом железа (III)
VII. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Опыт № 25. Получение уксусного альдегида из этанола
Опыт № 26. Окисление альдегида. Образование серебряного зеркала
Опыт № 27. Реакция диспропорционирования формальдегида (реакция Канницаро)
Опыт № 28. Окисление формальдегида гидроксидом меди (II) в щелочной среде
Опыт № 29. Цветные реакции на альдегиды
Опыт № 30. Образование альдегидами и кетонами гидросульфитных производных
Опыт № 31. Йодоформная проба на ацетон
Опыт № 32. Окисление бензойного альдегида кислородом воздуха
VIII. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
Опыт № 33. Получение уксусной кислоты из ацетата натрия
Опыт № 34. Получение и гидролиз ацетата железа (III)
Опыт № 35. Устойчивость уксусной кислоты к действию окислителей
Опыт № 36. Окисление муравьиной кислоты
Опыт № 37. Разложение муравьиной кислоты
Опыт № 38. Окисление олеиновой кислоты перманганатом калия (реакция Вагнера)
Опыт № 39. Разложение щавелевой кислоты при нагревании
Опыт № 40. Окисление щавелевой кислоты
IX. ГИДРОКСИКИСЛОТЫ
Опыт № 41. Обнаружение молочной кислоты
Опыт № 42. Разложение молочной кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой
Опыт № 43. Разложение молочной кислоты при нагревании с разбавленной серной кислотой
Опыт № 44. Окисление молочной кислоты в пировиноградную кислоту
Опыт № 45. Получение реактива Фелинга
Опыт № 46. Разложение лимонной кислоты при нагревании
Опыт № 47. Получение ацетилсалициловой кислоты (аспирин)
Опыт № 48. Доказательство отсутствия фенольного гидроксила
в ацетилсалициловой кислоте (аспирине) и её гидролиз
Опыт № 49. Термическое декарбоксилирование салициловой кислоты
Опыт № 50. Взаимодействие салициловой и бензойной кислот с хлоридом железа (III)
Опыт № 51. Доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте
Опыт № 52. Доказательство наличия гидроксильных групп в винной кислоте
Опыт № 53. Взаимодействие галловой кислоты и танина с хлоридом железа (III)
Опыт № 54. Обнаружение кислотных свойств ацетоуксусного эфира
Опыт № 55. Кетонное расщепление ацетоуксусного эфира
X. УГЛЕВОДЫ
Моносахариды
Опыт № 56. Реакция на обнаружение углеводов с a-нафтолом (реакция Молиша)
Опыт № 57. Доказательство наличия гидроксильных групп в глюкозе
Опыт № 58. Восстановление гидроксида меди (II) глюкозой в присутствии щелочи (реакция Троммера)
Опыт № 59. Взаимодействие глюкозы с реактивом Фелинга
Опыт № 60. Восстановление аммиачного раствора оксида серебра (реакция серебряного зеркала)
Опыт № 61. Реакция Селиванова на кетогексозы
Опыт № 62. Взаимодействие глюкозы со щелочным раствором глицерата меди (реактив Гайнеса)
Опыт № 63. Реакция фуксинсернистой кислоты с глюкозой и формальдегидом
Опыт № 64. Образование фурфурола и конденсация его с анилином (качественная реакция на пентозаны)
Ди- и полисахариды
Опыт № 65. Доказательство наличия гидроксильных групп у сахарозы
Опыт № 66. Восстанавливающая способность дисахаридов
Опыт № 67. Инверсия сахарозы при гидролизе
Опыт № 68. Приготовление крахмального клейстера
Опыт № 69. Реакция крахмала с йодом
Опыт № 70. Отсутствие восстанавливающей способности у крахмала
ХI. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Нитросоединения
Опыт № 71. Получение нитрометана
Амиды кислот
Опыт № 72. Разложение мочевины при гидролизе
Опыт № 73. Взаимодействие мочевины с азотной кислотой
Опыт № 74. Взаимодействие мочевины с азотистой кислотой
Опыт № 75. Взаимодействие мочевины со щавелевой кислотой
Опыт № 76. Образование биурета
Аминокислоты
Опыт № 77. Определение кислотности аминоэтановой кислоты (глицина)
Опыт № 78. Получение медной соли глицина
Опыт № 79. Реакции аминокислот с нингидрином
Опыт № 80. Реакции аминокислот с формальдегидом
Опыт № 81. Реакции аминокислот с азотистой кислотой (дезаминирование) Опыт № 82. Реакция глицина с хлоридом железа (III)
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ

 

Органическая химия – наука, изучающая углеводороды (соединения углерода и водорода) и их производные.

Число известных органических соединений в десятки раз превышает число неорганических и к настоящему времени составляет более 10 млн. Такое многообразие обусловлено, прежде всего, двумя явлениями: способностью образовывать гомологические ряды (цепи, циклы и другие каркасы) с практически неограниченным числом атомов углерода и изомерией. Благодаря многообразию и огромному числу органических структур, органическая химия стала крупнейшим и наиболее важным разделом современной химии. Органические соединения составляют основу пищевой, микробиологической, химической, фармацевтической и др. отраслей промышленности.

Первоначально органическая химия изучала главным образом природные соединения, т.е. вещества, выделяемые из растительных и животных организмов. Затем всё большее значение приобретал органический синтез: люди научились изменять природные вещества, а затем стали получать продукты и материалы, не существующие в природе.

Подобная тенденция развития человеческих возможностей могла сложиться только благодаря знанию законов и механизмов химических процессов, протекающих в органической химии.

Изучение превращений, происходящих с органическими веществами, показало, что, наряду с общими законами химии они подчиняются специфическим закономерностям, характерным только для органических соединений. Реальное подтверждение знаний о закономерностях органической химии, свойствах и реакциях органических веществ дает нам эксперимент. Проводя опыты, исследователь имеет возможность наблюдать то или иное явление, сопоставлять факты и делать выводы. Поэтому можно с уверенностью сказать, что практические занятия по органической химии – необходимый элемент изучения этой дисциплины.

Цель настоящего лабораторного практикума - ознакомить студентов с характерными свойствами и реакциями основных классов органических соединений, а также с индивидуальными особенностями их главнейших представителей.

Проведение опытов, как правило, осуществляется с малыми количествами веществ, при этом студенты активно знакомятся с препаративными синтетическими методами, т.е. вырабатывают практические навыки, необходимые для их последующей работы по дисциплинам соответствующих направлений.

Настоящий лабораторный практикум составлен в соответствии с учебными планами для студентов пищевых технологических направлений.

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

В природе органические вещества в химически чистом состоянии почти не встречаются. При искусственном синтезе чистые вещества также образуются редко - это обусловлено тем что, как правило, наряду с главной реакцией идут побочные.

Поэтому одна из важнейших задач, стоящих перед химиком - умение выделять вещества из смесей в чистом виде.

Критерием чистоты для твердых веществ является постоянная температура плавления кристаллов, а для жидких веществ – постоянная температура их кипения.

При выделении и очистке органических веществ пользуются различными методами:

1. Перекристаллизация или кристаллизация (применяется для твердых веществ);

2. Возгонка (сублимацией) (применяется для легколетучих веществ);

3. Фильтрование;

4. Экстрагирование (применяется для смеси веществ с различными растворимостями);

5. Перегонка (применяется для жидких веществ);

6. Адсорбция и другие.

В зависимости от свойств вещества применяется соответствующий метод.

 

Опыт № 9. Обнаружение азота

 

Реактивы:

Мочевина

Натронная известь (смесь равных количеств NaOH и Ca(OH)₂ )

Ход работы:

В сухую пробирку помещают 1 г (0,017 моль) мочевины, прибавляют 3 г натронной извести и хорошо перемешивают. На открытый конец пробирки помещают полоску индикаторной бумаги, смоченную водой, и осторожно нагревают на пламени горелки. Если в веществе содержится азот, то он выделяется в виде аммиака, который с влагой лакмусовой бумажки образует гидроксид аммония и изменяет цвет индикатора на синий.

 

NH₃ + H₂O ® NH₄OH ® NH₄⁺ + OH^- (щелочная реакция)

 

Опыт № 10. Обнаружение галогенов (проба Бейльштейна)

 

Реактивы:

Хлороформ (СHCl₃)

Медная проволока

Ход работы:

Медную проволоку, согнутую в виде спирали, прокаливают в пламени спиртовки до исчезновения окрашивания пламени. Проволока покрывается чёрным налётом оксида меди (II). Проволоку охлаждают на воздухе, затем смачивают хлороформом и снова вносят в пламя горелки. Пламя окрашивается в ярко-зеленый цвет парами образовавшихся галогенидов меди.

 

Cu_(т) + Cl·_(г) ® CuCl_(г)

 

Опыт № 11. Обнаружение серы

 

Реактивы:

Тиомочевина

Оксид свинца (PbO)

30%-раствор гидроксида натрия

Ход работы:

В сухую пробирку берут 1г (0,013 моль) тиомочевины, прибавляют 1г (0,005 моль) оксида свинца. Смесь перемешивают, добавляют 2 мл 30%-ного раствора щелочи (0,0015 моль) и осторожно нагревают. Образование черного осадка PbS указывает на наличие серы. В случае небольшого количества серы вместо выпадения осадка раствор окрашивается в коричневый цвет.

 

III. УГЛЕВОДОРОДЫ

 

Углеводородами называются соединения, состоящие из углерода и водорода. Углеводороды делятся на предельные и непредельные; предельные содержат только простые одинарные связи между атомами углерода, непредельные содержат также и кратные связи – двойные или тройные.

Общая формула предельных углеводородов (алканов, парафинов) С_nH_2n+2. Они образуют гомологический ряд алканов:

СН₄ метан СН₃-(СН₂)₄-СН₃ гексан

СН₃-СН₃ этан СН₃-(СН₂)₅-СН₃ гептан

СН₃-СН₂-СН₃ пропан СН₃-(СН₂)₆-СН₃ октан

СН₃-(СН₂)₂-СН₃ бутан СН₃-(СН₂)₇-СН₃ нонан

СН₃-(СН₂)₃-СН₃ пентан СН₃-(СН₂)₈-СН₃ декан.

 

При отнятии одного атома водорода от алкана, образуется радикал, называемым алкилом, имеющий формулу С_nH_2n+1. При образовании названий соответствующих радикалов суффикс –ан алкана заменяется на суффикс –ил:

СН₃- метил; СН₃-СН₂- этил и т.д.

Углеводороды с двойной связью называются алкенами (олефинами). Они имеют общую формулу С_nH_2n. Названия алкенов образуются от соответствующих алканов путём замены суффикса –ан на суффикс –ен, положение двойной связи указывается цифрой:

СН₂=СН₂ этен СН₂=СН-СН₂-СН₃ бутен-1

СН₃-СН=СН₂ пропен СН₃-СН=СН-СН₃ бутен-2.

Когда в молекуле имеется две двойные связи, перед суффиксом – ен прибавляют умножающий префикс ди- (два). Такие углеводороды называются диенами:

СН₂=СН-СН=СН₂ бутадиен-1,3.

Углеводороды с тройной связью, называемые алкинами, имеют общую формулу С_nH_2n-2. Названия алкинов образуются от названий алканов с тем же числом атомов углерода, путём замены суффикса –ан на – ин:

СН≡СН этин (ацетилен) СН≡С-СН₂-СН₃ бутин-1

СН≡С-СН₃ пропин СН₃-С≡С-СН₃ бутин-2

Для предельных углеводородов характерны реакции замещения. Непредельные углеводороды значительно более реакционноспособны, для них характерны реакции присоединения, окисления, полимеризации. Алкины, кроме того, способны к реакциям замещения водорода при тройной связи («псевдокислоты»).

V. СПИРТЫ. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ

 

Спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых содержатся одна или несколько гидроксильных (–ОН) групп, связанных с насыщенными атомами углерода.

В зависимости от того, при каком углеродном атоме, первичном, вторичном или третичном находится гидроксил, различают спирты первичные R-CH₂-OH, вторичные R₂CH-OH и третичные R₃C-OH.

Систематические названия спиртов образуются путем добавления суффикса -ол к названию основной углеродной цепи. Положение гидроксильной группы определяется локантами, которые должны быть наименьшими (нумерация главной углеродной цепи с того края, к которому ближе гидроксогруппа).

метанол этанол пропанол-2 пропанол-1

По числу гидроксильных групп спирты делятся на одноатомные (алканолы) и многоатомные (диолы, триолы и полиолы). При названии многоатомных спиртов используются суффиксы – диол, -триол и т.д.:

1,2-этандиол 1,2-пропандиол 1,2,3-пропантриол

Двухатомные спирты имеют тривиальное название – гликоли.

Благодаря наличию гидроксильной группы, содержащей атом кислорода с двумя неподелёнными парами электронов, спирты обладают разносторонней реакционной способностью. В определенных условиях они могут проявлять кислотные свойства, подвергаться дегидратации, взаимодействовать с нуклеофильными и электрофильными реагентами.

Простыми эфирами называются соединения общей формулы R-O-R^/, в которых функциональная группа –О- связана с углеводородным радикалами.

Названия простых эфиров формируются из названий углеводородных радикалов с добавлением слова «эфир»:

СН₃-О-СН₃ СН₃-СН₂-О-СН₂-СН₃ СН₃-О-СН₂-СН₃

диметиловый эфир диэтиловый эфир метилэтиловый эфир

Простые эфиры обладают ограниченной реакционной способностью, что предопределило их использование на практике в качестве инертных растворителей. За счёт атома кислорода простые эфиры могут проявлять основные и нуклеофильные свойства.

 

VI. ФЕНОЛЫ. НАФТОЛЫ

 

Фенолы – это производные бензола, в которых один или несколько атомов водорода ароматического кольца замещены на гидроксильные группы.

Все фенолы обладают слабокислыми свойствами из-за наличия в них p-π сопряжения (положительный мезомерный эффект) и реагируют со щелочами, образуя феноляты, хорошо растворимые в воде и не разлагающиеся водой.

Нафтолы – вещества, аналогичные фенолам, их можно рассматривать как продукты замещения гидроксильными группами атомов водорода в ядре нафталина. По химическим свойствам нафтолы сходны с фенолами.

В отличие от спиртовых, ОН-группы фенолов и нафтолов называют фенольными гидроксильными группами. По числу гидроксильных групп в ароматическом кольце различают одно и многоатомные (двух- и трехатомные) фенолы (нафтолы). При названии используют систематическую и тривиальную номенклатуру:

 

 

фенол 2-метилфенол 1,2-дигидроксибензол 1-нафтол

(о -крезол) (пирокатехин) (α-нафтол)

 

 

VII. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ

 

Альдегиды и кетоны – производные углеводородов, содержащие карбонильную группу , поэтому оба класса этих родственных веществ относятся к карбонильным соединениям.

альдегиды кетоны

Альдегидами называют соединения, в которых карбонильная группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода, а кетонами – карбонильные соединения с двумя углеводородными радикалами. По систематической номенклатуре называются от соответствующего алкана с добавлением суффикса –аль для альдегидов или –он для кетонов с указанием в последних положения карбонильной группы цифрой:

бутаналь 2-метилпропаналь бутанон пентанон-2

 

У альдегидов положение -CHO группы цифрой не указывается, т.к. она находится всегда в начале молекулы, и нумерация углеродной цепи ведётся с её атома углерода.

Альдегиды являются продуктами окисления первичных спиртов; кетоны – вторичных.

Кетоны менее реакционноспособны, чем альдегиды. Для альдегидов и кетонов характерны реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе (с разрывом связи С=О). Продукты присоединения в ряде случаев могут отщеплять воду и результат реакции выглядит как замещение.

Альдегиды очень легко окисляются до соответствующих кислот. Кетоны окисляются очень трудно, с разрывом углерод-углеродной связи.

 

Опыт № 26. Окисление альдегида. Образование серебряного зеркала

 

Реактивы:

Формальдегид (40% водный раствор)

10% раствор гидроксида натрия

Аммиачный раствор гидроксида серебра (реактив Толленса)

Ход работы:

В чистую пробирку наливают 4 мл 10% раствора гидроксида натрия и осторожно нагревают на пламени горелки до кипения. Затем содержимое выливают, пробирку охлаждают и несколько раз ополаскивают водой. В подготовленную таким образом пробирку наливают 2 мл формалина (раствор, содержащий 40 % формальдегида, 8 % метилового спирта и 52 % воды), 2 мл свежеприготовленного аммиачного раствора оксида серебра, и смесь слегка встряхивают. Затем содержимое очень осторожно нагревают, вращая пробирку так, чтобы жидкость распределялась по стенкам. Через 1 минуту стенки пробирки покрываются блестящим слоем выделившегося металлического серебра, образуется серебряное зеркало. Формальдегид окисляется в муравьиную кислоту, а серебро восстанавливается (окислительно-восстановительная реакция):

 

H-COH + 2[Ag(NH₃)₂]OH ® H-COOH + 2Ag¯ + 4NH₃­ + H₂O

 

В щелочной среде

 

Реактивы:

Формальдегид (40% водный раствор)

20% раствор гидроксида натрия

5% раствор сульфата меди

Ход работы:

В пробирку наливают 2 мл 20% раствора гидроксида натрия (0,01 моль) и 0,5 мл 5% раствор сульфата меди (1,6∙10^-4 моль). К полученному осадку гидроксида меди (II) добавляют 1 мл 40% водного раствора формальдегида (0,016 моль). Нагревают только верхнюю часть раствора так, чтобы нижняя осталась для контроля холодной. В нагретой части пробирки выделяется осадок: сначала осадок имеет желтый цвет (образовался гидроксид меди (I) CuOH), затем цвет осадка переходит в красный (оксид меди (I) Cu₂O).

 

H-CHO + 2Cu(OH)₂ ® H-COOH + 2CuOH¯ + H₂O

 

2CuOH ® Cu₂O¯ + H₂O

 

Поскольку формальдегид является самым активным альдегидом, то он может восстанавливать оксид меди, образуя «медное зеркало» (металлическая медь выделяется в виде коричнево-красного порошка):

 

H-CHO + Cu₂O ® H-COOH + 2Cu¯

 

Опыт № 30. Образование альдегидами и кетонами гидросульфитных производных

 

Альдегиды и кетоны, имеющие метильную группу, связанную с кетонной группой, легко вступают в реакцию с гидросульфитом натрия, образуя кристаллические вещества.

 

Реактивы:

Насыщенный раствор гидросульфита натрия

Формальдегид (40% водный раствор)

Ацетон

Ход работы:

В одну пробирку наливают 2 мл 40% раствора формальдегида (0,03 моль), а в другую 2 мл (0,027 моль) ацетона и в обе пробирки приливают по 1 мл насыщенного раствора гидросульфита натрия. В пробирку вносят стеклянную палочку и трут ею о стенки пробирки для инициирования процесса кристаллизации. При этом выпадает кристаллический осадок гидросульфитного соединения:

 

H-CHO + NaHSO₃ ® H-CH(OH)-SO₃Na¯

 

Гидросульфитные соединения легко разлагаются под действием разбавленных растворов кислоты, щелочи или соды с выделением свободного альдегида или кетона, поэтому гидросульфитные соединения используют для выделения и очистки альдегидов и кетонов.

IX. ГИДРОКСИКИСЛОТЫ

 

Гидроксикислоты (оксикислоты) – бифункциональные производные углеводородов, в молекулах которых содержатся одновременно карбоксильная –СООН и гидроксильная -ОН группы. Число карбоксильных групп определяет основность гидроксикислот; число гидроксильных групп, включая и гидроксил карбоксильной группы, определяет атомность гидроксикислот.

Для большого числа оксикислот распространены тривиальные названия; по рациональной номенклатуре в основе наименования лежит название соответствующей кислоты, положение гидроксигруппы указывается буквами греческого алфавита. По систематической номенклатуре названия строят, прибавляя приставку окси (диокси, триокси и т.д.) к систематическому названию кислоты:

НО-СН₂-СООН оксиэтановая (гликолевая) кислота

СН₃-СН (ОН)-СООН 2-оксипропановая (молочная) кислота

НО-СН₂- СН (ОН)-СООН 2,3-диоксипропановая (глицериновая) кислота

НООС- СН₂- СН (ОН)-СООН оксибутандиовая (яблочная) кислота

НООС- СН (ОН)- СН (ОН)-СООН 2,3 - диоксибутандиовая (винная) кислота

2-оксибензойная (салициловая) кислота

3,4,5- триоксибензойная (галловая) кислота

 

Гидроксикислоты - химически активные вещества. Наличие в составе их молекул двух видов функциональных групп (-СООН и -ОН) позволяет им легко вступать в различные химические реакции, характерные для карбоновых кислот и спиртов, а также подвергаться ряду специфических превращений, характерных только для этого класса химических соединений.

С хлоридом железа (III)

 

Реактивы:

Раствор галловой кислоты

Раствор танина

Раствор хлорида железа (III)

Ход работы:

Галловая кислота (3,4,5-триоксибензойная кислота) хорошо растворима в воде. В виде дигалловой кислоты она входит в состав танина. В одну пробирку наливают 1 мл водного раствора галловой кислоты, в другую - 1 мл водного раствора танина. В каждую из них добавляют по 2 капели 2%-ного раствора хлорида железа (III). При этом раствор галловой кислоты окрашивается в зелено-черный цвет, а раствор танина - в сине-зеленый. Появление окраски с хлоридом железа (III) указывает на наличие в галловой кислоте и танине свободных фенольных гидроксилов:

 

 

X. УГЛЕВОДЫ

 

Углеводы – одна из наиболее важных и распространенных групп природных органических соединений. Они составляют до 80% массы сухого вещества растений и около 2% сухого вещества живых организмов.

В растениях углеводы образуются из оксида углерода (IV) и воды под действием солнечной энергии и пигмента хлорофилла в процессе фотосинтеза.

Свое название углеводы получили благодаря тому, что первые известные представители этого класса соединений имели общую формулу С_n(H₂O)_n. На сегодняшний день известно много углеводов, не соответствующих этой формуле.

Все углеводы подразделяются на две большие группы: моносахариды и полисахариды.

Моносахариды или (монозы) это простые, не способные гидролизоваться углеводы.

По химической структуре моносахариды являются многоатомными альдегидо- или кетоспиртами. Монозы, содержащие альдегидную группу – оксиальдегиды – называются альдозами, кетонную группу - оксикетоны – кетозами.

В зависимости от числа атомов углерода различают: триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆).

В природе наиболее распространены два изомерных друг другу моносахарида – глюкоза (альдогесоза) и фруктоза(кетогексоза), имеющие брутто-формулу С₆Н₁₂О_6.

Полисахариды образуются из моносахаридов при их конденсации в процессе биосинтеза. Реакция сопровождается выделением воды и усложнением молекул углевода. Полисахариды подразделяются на олигосахариды и несахароподобные полисахариды.

Олигосахариды содержат в молекуле небольшое количество остатков моносахаридав (2-10). Наибольший интерес представляют диса хариды (сахароза, мальтоза, лактоза). В зависимости от особенностей строения они делятся на восстанавливающие и невосстанавливающие.

Высокомолекулярные (несахароподобные) полисахариды содержат от нескольких десятков до нескольких тысяч десятков остатков моноз (крахмал, целлюлоза, гликоген). Если молекулы полисахарида построены из остатков одного моносахарида – это гомополисахарид. Гетерополисахариды содержат в цепи остатки разных моносахаридов.

Углеводы являются соединениями, проявляющими одновременно свойства спиртов, альдегидов, кетонов. Как спирты углеводы способны образовывать алкоголяты, называемые сахаратами. С кислотами углеводы образуют сложные эфиры, что также указывает на наличие в них спиртовых групп. При окислении и восстановлении углеводы проявляют свойства альдегидов и кетонов. Практически все углеводы имеют в своем составе ассиметрические атомы углерода и обладают оптической активностью.

 

Моносахариды

 

Глюкоза глюконовая кислота

 

2 СuOH→Cu₂O↓+ H₂O

 

Реактивы:

Раствор сахарата меди, полученный в предыдущем опыте

Ход работы:

Полученный в предыдущем опыте щелочной раствор сахарата меди нагревают на пламени горелки. Появление желтого окрашивания (переходящего в красное при большем содержании щелочи или при более длительном нагревании) указывает на восстановление меди.

 

Опыт № 64. Образование фурфурола и конденсация его с анилином (качественная реакция на пентозаны)

 

Реактивы:

Древесные опилки

20% раствор соляной кислоты

Уксусная кислота

Анилин

Фильтровальная бумага (полоски)

Ход работы:

В пробирку насыпают древесные опилки высотой 2 см и наливают 2 мл разбавленной соляной кислоты. Полоску фильтровальной бумаги, смоченную уксусной кислотой и анилином, помещают в пробирку так, чтобы свободный конец бумаги находился снаружи. Содержимое пробирки нагревают до кипения. Через некоторое время фильтровальная бумага окрашивается в красный цвет. При этом содержащиеся в древесине пентозаны в кислой среде гидролизуются:

 

[H⁺]

(С₅Н₈О₄)_n + n H₂O ® n C₅H₁₀O₅

пентозаны пентозы

 

при нагревании, под действием кислоты пентозы теряют три молекулы воды и превращаются в фурфурол:

 

 

фурфурол с анилином дает продукты конденсации красного цвета.

 

Ди- и полисахариды

 

Нитросоединения

Нитросоединения – производные углеводородов, содержащие одну или несколько нитрогрупп —NO₂.

Названия нитросоединений по систематической номенклатуре производят прибавлением префикса «нитро-» к названию соответствующего углеводорода, при необходимости добавляя цифровой указатель, например:

2-нитропропан

По количеству нитрогрупп различают моно-, ди-, три- и тетранитросоединения. Например, для метана возможны следующие нитропроизводные:

 

СН₃-NO₂ СН₂(NO₂)₂ СН(NO₂)₃ С(NO₂)₄

нитрометан динитрометан тринитрометан тетранитрометан

 

В зависимости от того, с каким атомом углерода связана нитрогруппа различают первичные, вторичные и третичные нитросоединения: производные метана – первичные, 2-нитропропан – вторичное.

 

Опыт № 76. Образование биурета

 

Реактивы:

Мочевина

5% раствор сульфата меди (II)

10% раствор гидроксида натрия

Ход работы:

В пробирку помещают 1г (0,017 моль) мочевины, осторожно нагревают ее на пламени горелки, держа пробирку в вертикальном положении. Мочевина сначала начинает плавиться, наблюдается частичная возгонка цианата аммония. Через некоторое время начинает выделяться аммиак, который можно легко узнать по запаху или по изменению цвета смоченной водой универсальной индикаторной бумаги (появляется синий цвет). Вскоре выделение аммиака прекращается и реакционная масса затвердевает вследствие образования новых веществ – биурета и циануровой кислоты.

 

изоциануровая циануровая

кислота кислота

 

Для разделения этих веществ можно воспользоваться различной растворимостью их в воде. Охладив пробирку, добавляют в нее 1 мл воды. При этом более растворимый биурет перейдет в раствор.

Осторожно сливают раствор биурета в другую пробирку и добавляют в нее 2 капли раствора щелочи и 1 каплю раствора сульфата меди (II). Появляется розовато-фиолетовое окрашивание благодаря образованию комплексной медной соли биурета (биуретовая реакция). Избыток сульфата меди недопустим, так как появляется синий цвет раствора, маскирующий характерную розовую окраску.

К оставшемуся в первоначально взятой пробирке осадку циануровой кислоты добавляют 2 капли раствора аммиака и 1 каплю раствора сульфата м