Заняття

На занятті перевіряється підготовка студентів до проведення практичного заняття, проводиться інструктаж з техніки безпеки при роботі з хімічними реактивами. Під керівництвом викладача виконуються завдання для самостійної роботи. Потім студенти приступають до виконання лабораторної роботи, використовуючи інструкцію робочого журналу.

Після виконання лабораторної роботи студенти оформлюють протокол, роблять висновки до роботи, що перевіряється і контролюється викладачем. Проводиться підсумковий тестовий контроль за темою, підводяться підсумки заняття.

Заняття №10

НІТРОСПОЛУКИ. АМІНИ.

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Нітросполуки та аміни - відносно токсичні речовини і відносяться до клітинних отрут загальної дії, особливо небезпечними для печінки. Але вони мають велике промислове значення. Нітросполуки та аміни - проміжні продукти в виробництві синтетичних барвників, миючих засобів, інгібіторів корозії, полімерів, інсектицидів, гербіцидів, адсорбентів та лікарських препаратів. Ряд нітросполук та амінів використовується в якості біологічно-активних речовин.

Сучасна фармацевтична промисловість широко використовує нітросполуки, аміни та їх похідні для створення лікарських препаратів. Наприклад, на основі нітросполук, маючих антибактеріальну дію, створені лікарські засоби такі як левоміцитин, синтоміцин, фуразолідон та ін. Аміни є структурним фрагментом великої групи лікарських препаратів відомих під назвою сульфаніламіди.

ЦІЛІ НАВЧАННЯ

Загальна ціль: Вміти визначати хімічні властивості нітросполук та амінів для застосування у фармацевтичних і токсикологічних дослідженнях.

Конкретні цілі

Вміти:

1. Розрізняти первинні, вторинні та третинні аміни та нітросполуки.
2. Обирати способи отримання амінів та нітросполук.
3. Визначати хімічні властивості амінів та нітросполук.
4. Проводити реакції ідентифікації амінів та нітросполук.

ЗМІСТ НАВЧАННЯ

Основні теоретичні питання:

1. Поняття про нітросполуки. Електронна будова нітрогрупи.
2. Класифікація, номенклатура та ізомерія нітросполук
3. Способи отримання нітросполук алифатичного та ароматичного ряду
4. Хімічні та фізичні властивості нітроалканів та нітроаренів

- вплив нітрогрупи на реакційну здатність вуглеводного радикала;

- нітро- аци- нітротаутомерія та утворення солей;

- взаємодія з азотистою кислотою;

- утворення нітроалканолів;

- реакції електрофільного та нуклеофільного заміщення (S_E, SN) у ряді нітроаренів;

5. Ідентифікація нітросполук.

6. Окремі представники, застосування

1. Класифікація, номенклатура та ізомерія амінів.
2. Способи отримання аліфатичних та ароматичних амінів.
3. Фізичні та хімічні властивості амінів:

- кислотно-основні властивості;

- нуклеофільний характер аміногрупи;

- алкилування, ацилювання та N-галогенування;

- ізонітрильна проба;

- вплив аміногрупи на реакції електофільного заміщення (S_E ) в ароматичному ядрі

(галогенування, нітрування, сульфування);

- утворення азометинів;

- відношення амінів до дії окислювачів.

10. Діаміни. Отримання, властивості.

11. Ідентифікація амінів

12. Окремі представники, застосування

Граф логічної структури

Джерела інформації

Обов'язкова література:

1. Органічна хімія. Підручник для вищих фармацевтичних закладів освіти. У 2 кн. / В.П. Черних, Б.С.Зіменковський, І.С.Гріценко, - Харків; Основа, 1997.- Кн. 2, - с.187-229.
2. Черных В.П., Лекции по органической химии- Харків; Золоті сторінки, 2005 с.164-190.
3. Общий практикум по органической химии / В.П. Черних и др. - Харків: Изд-во НФАУ; Золотые страницы, 2002.-с.213-229.
4. Сборник тестов по органической химии/ под. ред. В.П.Черных. – Харків 2005.С. 157-170.
5. Лекція з органічної хімії за темою: Нітросполуки. Аміни

Додаткова література:

1. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. Пер с англ. - М.: Мир, 1974.

2. Степаненко Б.Н. Курс органической химии. В 2-х ч. - М.: Высшая школа, 1981.

3. Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. - М.: Химия, 1975.

ОРІЄНТОВНА ОСНОВА ДІЇ (ООД)

1. Алгоритм написання реакцій нітросполук з азотистою кислотою

1. Алгоритм написання реакцій амінів з азотистою кислотою

3. Інструкція з виконання лабораторних дослідів

Хімічні властивості нітросполук та амінів

Принцип методу: нітросполуки та аміни мають в своєму складі атом гідрогену, але до нітросполук він входить в максимально окисленій, а до складу амінів в максимально відновленій формі. Це приводить до протилежності в кислотно-основних та окисно-відновних властивостях. До того ж протилежні знаки мезомерних ефектів приводять до протилежного впливу цих груп в якості замісників на ароматичні системи. Об’єднуючим реагентом для ідентифікації цих сполук є азотиста кислота, з якою, як нітросполуки, так і аміни реагують по різному в залежності від їх будови.

Ціль: за допомогою характерних реакцій практично довести хімічні властивості представників класів нітросполук та амінів.

Обладнання та реактиви: штатив з пробирками, склянки 25 мл, пальник, універсальний індикаторний папір, газетний папір, фільтрувальний папір, льодова суміш, нітробензол, конц. HCl, 10 %-ний р-н HCl, 10 %-ний р-н H₂SO₄, 5 %-ний р-н NaNO₂, 30 %-ний р-н NaNO₂, гранульований Zn, 5%-ний р-н NaOH, 10 %-ний р-н K₂Cr₂O₇, 25 %-ний водн. р-н метиламіну, анілін, етиламін, 5 %-ний р-н CuSO₄, 1 %-ний р-н FeCl₃, лужний розчин b-нафтолу, хлороформ, етанол, бромна вода, насичений розчин кальцію гипохлорит-хлориду, 2 %-ного розчину калію хлорату.

Методика виконання:

Опит 24. Відновлення ароматичних нітросполук

Відновлення нітроаренів в кислому середовищі. У пробірку поміщають 1 краплю нітробензолу, додають 3 краплі концентрованої хлоридної кислоти і шматочок (2x2 мм) гранульованого цинку. Вміст пробірки постійно струшують і спостерігають виділення бульбашок газу – водню.

Нітробензол повинен добре перемішуватися бульбашками газу. Якщо виділення бульбашок газу сповільнюється, вміст пробір­ки злегка підігрівають в полум'ї пальника. Реакцію проводять до повного розчинення цинку, іноді доцільно додати додатково 1-2 краплі 10 %-ного розчину хлоридної кислоти:

Вільну основу аніліну виділяють при підлуговуванні 5%-ним розчином натрію гідроксиду.

Опит 25. Основність амінів

А. На універсальний індикаторний папір наносять окремо по 1 краплі 25 %-ного водного розчину метиламіну і аніліну і порівнюють їх основність.

Аліфатичні аміни на відміну від ароматичних проявляють більш виражені основні властивості.

Б. В пробірку поміщають 10 крапель 5 %-ного розчину купруму (II) сульфату і додають по каплях 25 %-ний розчин метиламіну. Спостерігають утворення блакитного осаду купруму (II) гідроксиду, який потім розчиняється, інтенсивно забарвлюючи розчин у фіолетовий колір:

В. В пробірку поміщають 2 краплі 25 %-ного розчину метиламі­ну і 2 краплі 1 %-ного розчину ферруму (III) хлориду. Спостерігають утворення осаду бурого кольору:

Опит 26. Розчинність аніліну і його солей у воді

У пробірку поміщають 1 краплю аніліну і 3 краплі води. При енергійному струшуванні пробірки спостерігають помутніння рідини – утворення емульсії анілін-вода. Суміш розбавляють рівною кількістю води і повторно струшують пробірку. Емульсія зберігається, що свідчить про погану розчинність аніліну у воді.

Вміст пробірки ділять на дві частини. До однієї з них до­дають 1-2 краплі 10 %-ного розчину хлоридної кислоти. Розчин стає прозорим в результаті утворення добре розчинної у воді солі - анілінія хлориду.

Водний розчин анілінія хлориду, що утворився, зберігають для наступних дослідів.

До іншої частини розчину додають 1-2 краплі 10 %-ного розчину сульфатної кислоти. При струшуванні пробірки спостерігають випадіння кристалічного осаду важкорозчинної у воді сірнокислої солі аніліну.

Опит 27. Взаємодія амінів з азотистою кислотою

Реакції первинних амінів: а) дезамінування первинних аліфатичних амінів. У пробірку поміщають 6 крапель етиламіну, 3 краплі концентрованої хлоридної кислоти і 5 крапель 5 %-ного розчину натрію нітриту. Спостерігають виділення пухир­ків газу – азоту.

Негорючість газу, що виділився, підтверджують, підносячи лучину, що горить, до отвору пробірки. Наявність спирту в пробірці після проведення досвіду доводять йодоформною пробою (див. опит 47).

б) діазотування первинних ароматичних амінів. У про­бірку поміщають 4 краплі аніліну, 2-3 мл води і 20 крапель кон­центрованої хлоридної кислоти. Пробірку занурюють в склянку з льодом, охолоджують до 0-5 ^oC і при струшуванні додають 5 крапель 30 %-ного розчину натрію нітриту. Первинні ароматичні аміни під дією азотистої кислоти перетворюються на солі діазонію, утворення яких можна підтвердити наступною реакцією азосполучення.

Отриманий розчин солі діазонію підливають в пробірку, що містить 2 мл лужного розчину b-нафтолу. Спостерігають утворення оранжево-червоного осаду азобарвника.

Опит 28. Изонітрильна проба

У пробірку поміщають 1 краплю аніліну, 2-3 краплі 10 %-ного розчину натрію гідроксиду, 2 краплі хлороформу і 10 крапель етанолу. При повільному нагріванні суміші до початку кипіння по­являється характерний, неприємний запах ізонітрилу (пробірку з-під тяги не виносити!).

Перш ніж вилити розчин у банку для зливу хімічні ре­активів, отриманий ізонітрил необхідно гідролізувати. У про­бирку додають 1 мл 10 %-ного розчину сульфатної кислоти і кип’ятять суміш до зникнення характерного запаху.

Опит 30. Лігнінова проба

На шматочки газетного і фільтрувального паперу з допомогою скляної палички наносять по 1 краплі хлоридної солі анілі­ну, отриманої в опиті 26. Забарвлення фільтрувального паперу, що складається з практично чистої целюлози, не змінюється. На га­зетному папері, що містить, окрім целюлози, лігнін, з'являється жовто-помаранчева пляма.

Опит 31. Бромування аніліну

У пробірку поміщають 1 краплю аніліну і 5-6 крапель води. Вміст пробірки енергійно струшують і до отриманого розчину по каплях додають бромну воду. Спостерігають знебарвлення жовто-бурого забарвлення бромної води і виділення білого осаду 2, 4, 6-триброманіліну.

Опит 32. Окислення аніліну

На предметне скло на відстані 2см один від одного наносять 3 краплі хлоридної солі аніліну, отриманої в опиті 26.

До першої краплі додають 1 краплю 10 %-ного розчину калію дихромату і 1 краплю 10 %-ного розчину сульфатної кислоти. Спостерігають перехід забарвлення від темно-зеленого до темно-синього, а потім - чорного.

До другої краплі додають 1 краплю насиченого розчину кальцію гипохлорит-хлориду. Спостерігають перехід від темно-фіо­летового до темно-синього забарвлення.

До третьої краплі додають 1 краплю 2 %-ного розчину калію хлорату. Спостерігають появу пурпурово-фіолетового забарвлення.

Хід роботи:

1. Підготуйте робоче місце.

2. Виконайте опити згідно методики.

3. Запишіть рівняння реакцій, що відбуваються.

4. Зробіть висновок щодо досягнення цілі дослідження.

5. Приберіть за собою робоче місце.

завдання для перевірки досягнення конкретних цілей навчання

Тест 1

За розміщенням нітрогрупи у вуглецевому ланцюзі нітроалкани і нітроарени з нітрогрупою у боковому ланцюзі підрозділяються на первинні, вторинні і третинні нітросполуки. Вкажіть, яка з наведених сполук являється третинною:

A B C

D E

Тест 2

Для назв органічних сполук використовують замісникову номенклатуру ІUРАС? Виберіть хімічну назву, відповідно даній номенклатурі, для приведеної сполуки:

A. 1-нітро-2, 3-диметил-3-этилпропан

B. 2, 3-диметил-3-этилнитропропан

C. 2, 3-диметилнитробутан

D. 2, 3-диметил-1-нитропентан

E. 1-нитро-2-метил-3-этилбутан

Тест 3

Які електронні ефекти проявляє нітрогрупа в молекулі нітробензолу? В які положення нітрогрупа орієнтує замісники в реакціях електрофільного заміщення?

A. -I, +M, орієнтує в о - и n -положення

B. +I, -M, орієнтує ориєнтує в м -положення

C. -I, +M, орієнтує ориєнтує в м -положення

D. -I, -M, орієнтує в м -положення

E. +I, +M, орієентує в о - и n -положення

Тест 4

Нітроалкани можна отримати при взаємодією галогепохідних з солями азотистої кислоти:

За яким механізмом проходить ця реакція?

A. Електрофільне заміщення

B. Нуклеофільне заміщення

C. Радикальне заміщення

D. Електрофільне приєднання

E. Нуклеофільне приєднання

Тест 5

Хімічні перетворення нітроалканів відбуваються за участю нітрогрупи і α -вуглецевого атома. Яка з пропонованих сполук не буде реагувати з розчинами лугів?