Тест 12

За допомогою якого реактива можливо розрізнити етилен та ацетилен?

A. Ag(NH₃)₂OH

B. HNO₂

C. КMnO₄

D. HBr

E. Br₂

Еталони відповідей:

1.E, 2.B, 3.A, 4.C, 5.B, 6.E, 7.C, 8.D, 9.B, 10.B, 11.C, 12.C.

КОРОТКІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

На занятті перевіряється підготовленість 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 оформляють протокол, роблять висновки до роботи, що перевіряється і контролюється викладачем. Проводиться підсумковий тестовий контроль за темою, підводяться підсумки заняття.

Заняття №7

МОНОЯДЕРНІ АРЕНИ. РЕАКЦІЇ ЕЛЕКТРОФІЛЬНОГО ЗАМІЩЕННЯ В АРЕНАХ і ПРАВИЛА ОРІЄНТАЦІЇ ЗАМІСНИКІВ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Серед циклічних спряжених систем найбільшу цікавість викликає група сполук, відмінною рисою яких є підвищена термодинамічна стійкість у зрівнянні зі спряженими відкритими системами. Ці сполуки мають і інші властивості, сукупність котрих об’єднується загальним поняттям ароматичності. Розгляд поняття ароматичності має важливе хімічне значення й широко застосовується для пояснення стійкості і хімічних властивостей сполук. Вміння користуватися цими властивостями характеризує рівень професіоналізму хіміка-фармацевта.

Найпростішим представником моноядерних ароматичних вуглеводнів є бензол. Він використовується в хімічній промисловості як розчинник і сировина для виробництва стиролу, фенолу, циклогексану, аніліну, барвників. Толуол та ксилоли використовуються як добавка до моторного палива для підвищення октанового числа бензинів, стирол використовується у виробництві полістиролу, синтетичного каучуку.

Сучасна фармацевтична промисловість широко використовує моноядерні арени та їх похідні для створення лікарських препаратів. Наприклад, бензол - головна сировина для виробництва сульфанілової кислоти, яка є структурним фрагментом великої групи лікарських препаратів антибактеріальної дії, відомих під назвою сульфаніламіди.

ЦІЛІ НАВЧАННЯ

Загальна ціль: Вміти визначати хімічні властивості моноядерних аренів для застосування у фармацевтичних і токсикологічних дослідженнях.

Конкретні цілі

Вміти:

1. Визначати ароматичні сполуки за ознаками ароматичності.
2. Складати назви ароматичних сполук.
3. Обирати способи добування моноядерних аренів.
4. Інтерпретувати механізм реакцій електрофільного заміщення (S_E).
5. Визначати хімічні властивості та реакційну здатність моноядерних аренів.
6. Проводити реакції ідентифікації моноядерних аренів.

ЗМІСТ НАВЧАННЯ

Основні теоретичні питання:

1. Електронна будова бензолу. Ароматичні властивості. Загальні критерії ароматичності.

2. Номенклатура та ізомерія моноядерних аренів.

3. Способи отримання моноядерних аренів:

4. Фізичні й хімічні властивості:

− реакції електрофільного заміщення (S_E).Механізми нітрування, сульфування, галогенування, алкілування, ацилювання. Роль каталізатора;

− реакції приєднання та окислення;

− галогенування гомологів бензолу за участю бокового ланцюга.

5. Вплив замісників у бензольному кільці на напрям та швидкість реакцій електрофільного заміщення.

6. Узгоджена та неузгоджена орієнтація в дизаміщених бензолу.

7. Ідентифікація моноядерних аренів.

8. Окремі представникі. Використання.

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.88-117.
2. Черных В.П., Лекции по органической химии- Харків; Золоті сторінки, 2005 с.123-200.
3. Общий практикум по органической химии / В.П. Черних и др..- Харків: Изд-во НФАУ; Золотые страницы, 2002.-с.190-198.
4. Сборник тестов по органической химии/ Под ред. В.П.Черных. – Харків 2005.-с. 109-142.
5. Лекція з органічної хімії за темою: ”Вуглеводні. Поняття про ароматичні вуглеводні. Моноядерні арени. Правила орієнтації”.

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 виявлення ознак ароматичності органічних сполук

2. План опису механізму реакцій електрофільного заміщення

3. Інструкція з виконання лабораторних дослідів

Хімічні властивості одноядерних аренів

Принцип методу: особливості хімічних властивостей бензолу та його гомологів витікають з особливостей будови, тобто наявності ароматичної структури. Для сполук цього класу характерні реакції електрофільного заміщення.

Ціль: за допомогою характерних реакцій практично довести хімічні властивості представників класу ароматичних вуглеводнів.

Обладнання та реактиви: штатив з пробирками, пробкa з газо­відвідною трубкою, предметне скло, скляна паличка, піпетки, лакмусовий папір, пальник, повітряний холодильник, водяна лазня, 1 %-ний р-н KMnO₄, конц. H₂SO₄, 5 %-ний р-н H₂SO₄, конц. HNO₃, толуол, бензо­л, п -диметилбензол.

Методика виконання:

Опит 7. Нітрування ароматичних вуглеводнів

У суху пробірку поміщають 3 краплі концентрованої сульфатної кислоти, 2 краплі концентрованої нітратної кислоти і 2 краплі толуолу. Вміст пробірки нагрівають в полум'ї пальника, а потім виливають в пробірку з 10 кап­лями води. Наявність продуктів нітрування встановлюють по ха­рактерному запаху, що нагадує запах гіркого мигдалю.

Опит 8. Сульфування бензолу і його гомологів

У три сухі пробірки окремо поміщають по 10 крапель бензо­лу, толуолу і п -ксилолу (п -диметилбензолу), а потім підливають по 1 мл концентрованої сульфатної кислоти. Пробірки закривають пробками з повітряними холодильниками і нагрівають на водяній лазні (60-80 °С) при частому і енергійному струшуванні. Спостерігають поступове зникнення емульсії в пробірках і утворення гомогенних розчинів. Після охолодження реакційної маси вміст пробірок виливають в склянки з холодною водою. Спостерігають відсутність органічного шару над водою, що свідчить про повне сульфування вуглеводнів (сульфокислоти добре розчинні у воді).

Опит 10. Окислення бокових ланцюгів гомологів бензолу

У пробірку поміщають 1 краплю 1 %-ного розчину калію перманганату, 5 крапель води, 1 краплю 5 %-ного розчину сірчаної кисло­ти і 1 краплю толуолу. Вміст пробірки енергійно струшують нагрівають в полум'ї пальника. Спостерігають знебарвлення рожево-фіолетового забарвлення розчину, що пояснюється окисленням бокового ланцюгу в молекулі толуолу.

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

Для визначення ароматичності будь-якої циклічної сполуки існує правило Хюккеля (N=4n+2), де N- число узагальнених електронів. Яка із запропонованих сполук є ароматичною?

А. B. C. D. E.

Тест 2

Деякі сполуки ароматичного ряду мають тривіальні назви. Виберіть назву, яка відповідає формулі:

CH=CH₂

A. стирол

B. толуол

C. фенол

D. мезитилен

E. кумол

Тест 3

Реакцію Фриделя-Крафтса використовують для отримання гомологів бензолу. Виберіть сполуку яка утворюється внаслідок проведеної реакції:

+ СН₃-СН = СН₂ ^AlCl3

А. СН₂-СН₂-СН₃ В. СН = СН₂ С. СН₃-СН-СН₃

СН₃-С=СН₂

D.E.

Тест 4

Реакції нітрування, сульфування, алкілювання, ацилювання для ароматичних вуглеводнів проходять за механізмом:

A. Електрофільного заміщення.

B. Вільно-радикального заміщення.

C. Нуклеофільного приєднання.

D. Елімінування.

E. Нуклеофільного заміщення.

Тест 5

Для ароматичних сполук характерні реакції електрофільного заміщення. Одним з факторів, що впливають на напрям та швидкість цих реакцій, є характер замісника у бензольному кільці. Визначте, в якій послідовності збільшиться швидкість цих реакцій в ряду:

Сº N СН₃

A. 1; 2; 3

В. 2; 1; 3

C. 3; 2; 1

D. 2; 3; 1 (1) (2) (3)

E. 1; 3; 2

Тест 6

Замісники у бензольному кільці вибірково спрямовують реакції електрофільного заміщення в орто-, мета- и пара-положення. Виберіть сполуку, яка є продуктом реакції

CH₃ + HNO₃ р. ^{t, P}

A. о-нітротолуол

B. м-нітротолуол

C. п-нітротолуол

D. суміш о- и п-нітротолуола

E. нітробензол

Тест 7

Бензольне кільце дуже стійке до дії окислювачів. Алкілбензоли, на відміну від незаміщеного бензолу, окислюються значно легше. Яка сполука буде продуктом цієї реакції:

СН₃

^{(О) KMnO4} ?

О СН₃ О

СН₃ СООН

A.B.C. _О

О Н₃С _О

СООН О

D.E.

Тест 8

В залежності від електронної природи замісників та їх взаємного розміщення розрізнюють узгоджену та неузгоджену орієнтацію. Вкажіть, по якому положенню буде проходити реакція S_E в молекулі м-сульфобензойної кислоти:

^{5 6}

^{4 1} СООН

^{3 2}

SО₃Н

A. Положення 2

B. Положення 4

C. Положення 6, 2

D. Положення 5, 2

E. Положення 5

Тест 9

Необхідно відрізнити бензол від толуолу за допомогою хімічних реакцій. Яким реагентом можна скористатися для ідентифікації:

A. Zn + CH₃COOH

B. Розчин КMnО₄

C. Спирт.р-н NaOH

D. Амід натрию

E. НNO₃ (розведена)

Еталони відповідей:

1.C, 2.A, 3.C, 4.A, 5.D, 6.D, 7.D, 8.E, 9.B.

КОРОТКІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОГО 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 № 8

БАГАТОЯДЕРНІ АРЕНИ

з КОНДЕНСОВАНИМИ і ІЗОЛЬОВАНИМИ ЯДРАМИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Багатоядерні арени мають велике значення в фармації та медицині. Вони застосовуються у синтезі лікарських засобів та барвників. Наприклад, антрацен застосовується головним чином у виробництві антрахінону та барвників. Похідні фенантрену входять до складу багатьох природних сполук, що мають фізіологічну активність – стероїдів, алкалоїдів (морфін, кадеїн), вітамінів групи Д, жовчних кислот, статевих гормонів та ін. Дифенілметан використовується для ароматизації мил. Похідні трифенілметану знайшли широке практичне застосування як барвники, лікарські препарати. Представником його є барвник брильянтовий зелений. Він застосовується в медицині і фармації у вигляді 1-2% водних або спиртових розчинів як антисептичний засіб, а також при виготовлені бактерицидних лейкопластирів. Фенолфталеїн використовують в аналітичній практиці як кислотно-основний індикатор. Він застосовується у медицині як проносний засіб при хронічних запорах. Препарат випускають у таблетках під назвою пурген.

Таким чином, уміння інтерпретувати хімічну будову і властивості багатоядерних аренів необхідні для вивчення таких дисциплін, як фармацевтична хімія, токсико-логічна хімія, фармакологія та фармакогнозія.

ЦІЛІ НАВЧАННЯ

Загальна ціль: Вміти визначати властивості багатоядерних аренів для застосування у фармацевтичних і токсикологічних дослідженнях.

Конкретні цілі

Вміти:

1. Складати назви багатоядерних аренів
2. Інтерпретувати будову багатоядерних аренів
3. Обирати способи отримання багатоядерних аренів.
4. Визначати хімічні властивості багатоядерних аренів.
5. Проводити реакції ідентифікації багатоядерних аренів.

ЗМІСТ НАВЧАННЯ

Основні теоретичні питання:

1. Класифікація, номенклатура та ізомерія багатоядерних аренів.

2. Способи отримання багатоядерних аренів:

3. Багатоядерні арени з конденсованими (анульованими) бензольними циклами

3.1. Нафталін. Антрацен. Фенатрен. Електронна будова. Ароматичність.

3.2. Фізичні і хімічні властивості:

- реакції электрофільного заміщення (S_E). Правила орієнтації замісників в нафталиновому ядрі;

- реакції приєднання та окислення.

4. Багатоядерні арени з ізольованими бензольними кільцями.

4.1. Біфеніл. Будова. Атропоізомерія. Хімічні властивості.

4.2. Дифенілметан. Трифенілметан. Будова катіонів, аніонів та вільних радикалів

трифенілметанового ряду і фактори їх стабілізації.

4.3. Барвники трифенілметанового ряду: Бриліантовий зелений, малахітовий

зелений.

1. Окремі представники. Використання.

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, -с153-186.
2. Черных В.П., Лекции по органической химии- Харків; Золоті сторінки, 2005 с.134-145.
3. Общий практикум по органической химии / В.П. Черних и др..- Харків: Изд-во НФАУ; Золотые страницы, 2002.-с.198-203.
4. Сборник тестов по органической химии/ Под ред. В.П.Черных. – Харків 2005.С. 109-142.
5. Лекція з органічної хімії за темою: ”Багатоядерні арени з конденсованими та ізольованими ядрами”.

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. Інструкція з виконання лабораторних дослідів

Хімічні властивості багатоядерних аренів

Принцип методу: особливості хімічних властивостей багатоядерних витікають з особливостей будови, тобто наявності ароматичної структури. Для сполук цього класу характерні реакції електрофільного заміщення, але в залежності від взаємного розташування ароматичних кілець та наявності замісників реакційна здібність кожного з них може суттєво змінюватись.

Ціль: за допомогою характерних реакцій практично довести хімічні властивості представників класу багатоядерних аренів.

Обладнання та реактиви: штатив з пробирками, шпатель, склянки 50мл, водяна лазня, нафталін, конц. H₂SO₄, конц. HNO₃.

Методика виконання:

Опит 12. Нітрування нафталіну

У суху пробірку на кінчику шпателя поміщають нафталін і додають 10 крапель концентрованої нітратної кислоти. Вміст пробірки, часто струшуючи, нагрівають на киплячій водяній лазні впродовж 10 мін, а потім виливають в склянку з 10 мл холодної води. Спостерігають виділення масла, що швидко твердіє, помаранчевого кольору.

Опит 13. Сульфування нафталіну

А. Отримання a-нафталінсульфокислоти. У суху пробірку на висоту приблизно 5 мм поміщають нафталін і додають 4 мл концентрованої сульфатної кислоти, після чого при частому струшуванні нагрівають на водяній лазні (»80 °С). Нафталін частково затвердіває на стінках пробірки вище рівня рідини, тому, обережно прогріваючи ці місця, його слід повторно розплавляти. Після розчинення вміст пробірки виливають в склянку з 10 мл холодної води і відмічають виділення кристалів a-нафталінсульфокислоты.

Б. Отримання b-нафталінсулъфокислоти. У суху пробірку на висоту близько 5 мм поміщають нафталін і нагрівають в полум'ї пальники до повного розплавлення. Після охолодження до затвердівшого нафталіну додають 10 крапель концентрованої сірчаної кислоти і обережно при частому струшуванні нагрівають протягом 1-2 хв до отримання гомогенного розчину. Після охолодження пробірки до отриманої густої темної рідини додають 10 крапель води і знову злегка нагрівають розчин. При подальшому охолодженні спостерігають виділення кристалів b-нафталінсульфокислоти.

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

Назви багатоядерних аренів утворюються від тривіальних назв конденсованих циклів. Виберіть вірну назву наведеної сполуки

Br

А. Пікрінова кислота

В. 9-бромантрацен

C. a-бромантрацен

D. a-бромнафталин

E. 2-бромнафталин

Тест 2

Фенатрен є одним з найважливіших багатоядерних аренів. Серед представлених сполук укажіть будову цієї речовини:

A B C D E

Тест 3

Отримана речовина, ароматична система якої, містить 14 p-електронів. Знайдіть цю речовину.