Ćwiczenie 5. Badanie właściwości chemicznych aldehydów, ketonów i kwasów karboksylowych. Synteza kwasu sulfanilowego.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 5. Badanie właściwości chemicznych aldehydów, ketonów i kwasów karboksylowych. Synteza kwasu sulfanilowego. Wprowadzenie teoretyczne Cel ćwiczeń: Zapoznanie studentów z właściwościami chemicznymi aldehydów, ketonów oraz kwasów karboksylowych. Synteza preparatu organicznego na przykładzie kwasu sulfanilowego. Kwas sulfanilowy (p-aminobenzenosulfonowy) to związek o wzorze sumarycznym C 6 H 7 NO 3 S i masie molowej 173,19 g/mol. Jest pochodną p-aminową kwasu benzosulfonowego. Wzór strukturalny kwasu sulfanilowego Występuje w postaci drobnych białych kryształów (dwuhydrat), posiada temperaturę topnienia w zakresie C. Jest słabo rozpuszczalny w wodzie (1,08g/100g w 20 C) a dobrze w zasadach. Synteza związku opiera się na sulfonowaniu aniliny w temperaturze 200 C. Zachodzi wtedy następująca reakcja: C 6 H 5 -NH 2 + H 2 SO 4 p- + - H 3 N-C 6 H 5 -SO 3 Proces ten trwa ok. 5 h, w celu jego przyspieszenia stosuje się dodatek 10% oleum, co skraca czas trwania syntezy do 1 h. Kwas ten jest stosowany do otrzymywania barwników diazowych. Pochodne amidowe kwasu sulfanilowego to sulfonamidy, stosowane jako środki baktriostatyczne. Sposób wykonania Sprzęt i odczynniki - probówki - zestaw do ogrzewania - łapa drewniana 1

2 - zlewka - pipety 1 i 5 cm 3 - okulary i rękawice ochronne - 5% roztwór dichromianu (VI) potasu, K 2 Cr 2 O 7-20% roztwór kwasu siarkowego (VI), H 2 SO 4-10% roztwór wodorotlenku sodu, NaOH - roztwór Tollensa, AgNO 3 w NH 4 OH - 1% roztwór manganianu (VII) potasu, KMnO 4 - płyn Lugola (5% roztwór jodu w 5% wodnym roztworze jodku potasu, KI) - badane substancje: alkohol etylowy (C 2 H 5 OH), aceton (CH 3 COCH 3 ), 3% r-r kwasu mrówkowego (HCOOH). Materiały i odczynniki do przeprowadzenia syntezy - kolba kulista 250 cm 3 - cylindry miarowe 50 cm 3 - łaźnia olejowa - łaźnia wodna (zlewka i zestaw do ogrzewania) - okulary ochronne - lejek Büchnera, sączki, kolba ssawkowa 250 cm 3, pompa próżniowa - tryskawka z wodą destylowaną - zakraplacz - szklany korek - bibuła filtracyjna - anilina, C 6 H 5 NH 2-2 M roztwór wodorotlenku sodu, NaOH - stężony kwas siarkowy (VI), H 2 SO 4-10% oleum - węgiel aktywny - woda lub pokruszony lód Wykonanie 1. Utlenianie alkoholu I rzędowego. W probówce umieścić 2 cm 3 5% roztworu K 2 Cr 2 O 7, 1 cm 3 20% roztworu H 2 SO 4 oraz 1,5 cm 3 alkoholu etylowego i ogrzewać w płomieniu palnika. Wydzielający się aldehyd odznacza się 2

3 charakterystycznym zapachem. Po zaobserwowaniu zmian zawartości probówki ZACHOWAĆ DO NASTĘPNEGO DOŚWIADCZENIA! Zapisać obserwacje i równanie reakcji 2. Utlenienie aldehydów odczynnikiem Tollensa Do probówki z otrzymanym roztworem aldehydu dodać 2 cm 3 świeżo przyrządzonego odczynnika Tollensa (w osobnej probówce zmieszać 1 cm 3 roztworu Tollensa i 1 cm 3 10% NaOH). Następnie probówkę umieścić na chwilę w ciepłej łaźni wodnej. Aldehyd redukuje odczynnik Tollensa, wydzielając wolne srebro, które osadza się na ściankach w postaci tzw. lustra, a sam aldehyd utlenia się do kwasu: R-CHO + Ag 2 O R-COOH + 2Ag Zapisać obserwacje, napisać równanie reakcji (ogólne i tego konkretnego przypadku) 3. Utlenianie ketonów manganianem (VII) potasu Ketony nie ulegają utlenianiu odczynnikiem Tollensa, ponieważ jest on zbyt słabym środkiem utleniającym. W celu utlenienia ketonu stosuje się więc mocny utleniacz manganian (VII) potasu. Do 1 cm 3 1% roztworu KMnO 4 dodać 1 cm 3 H 2 SO 4 i 1 cm 3 acetonu. Zawartość probówki ogrzewać w łaźni wodnej do odbarwienia KMnO 4. Zapisać obserwacje i równanie reakcji. 4. Wykrywanie metyloketonów oraz aldehydu octowego Rozcieńczyć 1 cm 3 płynu Lugola (r-r jodu w 5% wodnym roztworze jodku potasu) w 1 cm 3 wody, następnie dodać 0,1 g (lub 1 cm 3 ) badanego związku. Do mieszaniny wkraplać 10% roztwór NaOH do odbarwienia i ogrzewać 5 minut na łaźni wodnej (60 C). Powstanie jasnożółtego osadu potwierdza obecność aldehydu octowego lub metyloketonów. Zapisać obserwacje i równanie reakcji. 5. Próba Tollensa wykazanie właściwości kwasu mrówkowego Do probówki zawierającej 2 cm 3 świeżo przyrządzonego odczynnika Tollensa (zmieszać 1 cm 3 odczynnika Tollensa i 1 cm 3 10% roztworu NaOH) dodać około 0,5 cm 3 3% kwasu mrówkowego. Probówkę umieścić na chwilę w ciepłej łaźni wodnej i obserwować powstawanie lustra srebrowego. Zapisać obserwacje, równanie reakcji i wyjaśnić dlaczego kwas mrówkowy ulega tej reakcji. 3

4 6. Reakcje odróżniające HCOOH od CH 3 COOH Do probówki wlać 1 cm 3 3% HCOOH, kilka kropel rozcieńczonego H 2 SO 4 i 0,5 cm 3 KMnO 4. Zawartość probówki ogrzewać w płomieniu palnika. W identycznych warunkach przeprowadzić próbę dla CH 3 COOH. Zapisać obserwacje i równania reakcji. 7. Wykazanie charakteru kwasowego kwasów karboksylowych Do 0,5 cm 3 2M roztworu NaOH dodać kilka kropli fenoloftaleiny. Dodawać powoli, kroplami kwas octowy z pipety. Obserwować zmianę barwy wskaźnika towarzyszącą reakcji zobojętnienia. Zapisać obserwacje i równania reakcji. SYNTEZA KWASU SULFANILOWEGO 1. Odmierzyć 20 cm 3 aniliny i umieścić w kolbie kulistej 2. Ostrożnie dodawać małymi porcjami 40 cm 3 stężonego H 2 SO 4 mieszając stopniowo zawartość kolby ruchem wirowym. W trakcie dodawania kwasu, mieszaninę chłodzimy w zimnej wodzie. 3. Ostrożnie dodać 40 cm 3 oleum. 4. Mieszaninę umieścić na łaźni olejowej umieszczonej pod wyciągiem i ogrzewa w temperaturze C. 5. Pobrać 2-3 krople mieszaniny i wkroplić do 3-4 cm 3 roztworu NaOH w celu stwierdzenia zakończenia procesu (próbka rozpuszcza się całkowicie). 6. Mieszaninę reakcyjną zostawić do ochłodzenia (do ok. 50 C) i mieszając wlać do 400 cm 3 zimnej wody lub pokruszonego lodu. 7. Po 10 minutach przesączyć roztwór przez lejek Büchnera, przemyć wodą i odessać. 8. Rozpuścić otrzymane kryształy w cm 3 wrzącej wody. 9. Jeśli roztwór posiada zabarwienie, dodać ok. 4 g węgla odbarwiającego i ogrzewać do wrzenia przez minut. 10. Przesączyć roztwór przez ogrzany lejek Büchnera, po ochłodzeniu wykrystalizuje bezbarwny produkt. 11. Odsączyć oziębione kryształy pod zmniejszonym ciśnieniem, przemyć 10 cm 3 wody i całość odcisnąć za pomocą korka szklanego. 12. Pozostawić materiał do suszenia zawinięty w kilka warstw bibuły filtracyjnej lub w eksykatorze. 4

5 Chemia organiczna biotechnologia, kurs rozszerzony Imię i nazwisko... Data... Ćwiczenie 5. Temat: Badanie właściwości chemicznych aldehydów, ketonów i kwasów karboksylowych. Destylacja etanolu jako metoda rozdziału cieczy. Sprzęt i odczynniki (jak w skrypcie) Wykonanie 1. W probówce umieścić 2 cm 3 5% roztworu K 2 Cr 2 O 7, 1 cm 3 20% roztworu H 2 SO 4 oraz 1,5 cm 3 alkoholu etylowego i ogrzewać w płomieniu palnika. Po zaobserwowaniu zmian zawartości probówki ZACHOWAĆ DO NASTĘPNEGO DOŚWIADCZENIA!. 2. Do probówki z otrzymanym roztworem aldehydu dodać 2 cm 3 świeżo przyrządzonego odczynnika Tollensa (w osobnej probówce zmieszać 1 cm 3 roztworu Tollensa i 1 cm 3 10% NaOH). Następnie probówkę umieścić na chwilę w ciepłej łaźni wodnej.. 3. Utlenianie ketonów manganianem (VII) potasu. Do 1 cm 3 1% roztworu KMnO 4 dodać 1 cm 3 H 2 SO 4 i 1 cm 3 acetonu. Zawartość probówki ogrzewać w łaźni wodnej do odbarwienia KMnO Wykrywanie metyloketonów oraz aldehydu octowego. Rozcieńczyć 1 cm 3 płynu Lugola w 1 cm 3 wody, następnie dodać 0,1 g (lub 1 cm 3 ) badanego związku. Do mieszaniny wkraplać 10% roztwór NaOH do odbarwienia i ogrzewać 5 minut na łaźni wodnej (60 C). 5

6 Chemia organiczna biotechnologia, kurs rozszerzony Imię i nazwisko... Data Próba Tollensa wykazanie właściwości kwasu mrówkowego. Do probówki zawierającej 2 cm 3 świeżo przyrządzonego odczynnika Tollensa (zmieszać 1 cm 3 odczynnika Tollensa i 1 cm 3 10% roztworu NaOH) dodać około 0,5 cm 3 3% kwasu mrówkowego. Probówkę umieścić na chwilę w ciepłej łaźni wodnej.. 6. Reakcje odróżniające HCOOH od CH 3 COOH. Do probówki wlać 1 cm 3 3% HCOOH, kilka kropel rozcieńczonego H 2 SO 4 i 0,5 cm 3 KMnO 4. Zawartość probówki ogrzewać w płomieniu palnika. W identycznych warunkach przeprowadzić próbę dla CH 3 COOH.. 7. Wykazanie charakteru kwasowego kwasów karboksylowych. Do 0,5 cm 3 2M roztworu NaOH dodać kilka kropli fenoloftaleiny. Dodawać powoli, kroplami kwas octowy z pipety. Obserwować zmianę barwy wskaźnika towarzyszącą reakcji zobojętnienia.. 6